Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h.

i Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Grado Grado en Ingeniería Química Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. Autora: Celia Muñoz Esquivel Tutora: Mónica Rodríguez Galán Custodia Fernández Baco Dep. de Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2017 iii Proyecto Fin de Grado Grado en Ingeniería Química Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. Autora: Celia Muñoz Esquivel Tutora: Mónica Rodríguez Galán Custodia Fernández Baco Dep. de Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2017 v Proyecto Fin de Grado: Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2017 El Secretario del Tribunal Autora: Celia Muñoz Esquivel Tutora: Mónica Rodríguez Galán Custodia Fernández Baco vii Agradecimientos Antes de finalizar esta etapa, me gustaría aprovechar este momento para agradecer a todas las personas que de una manera u otra han sido especiales para mí. A mis padres, por haberme dado la oportunidad de comenzar y terminar este camino, por apoyarme y comprenderme siempre, incluso en los momentos más difíciles y por demostrarme que pase lo que pase siempre están ahí. A mis hermanos, porque siempre han sabido guiarme con sus consejos y me han enseñado que disfrutar del tiempo libre también es necesario, demostrándome así que la vida son momentos y hay que aprovecharlos todos. A Jose, por ser mi pilar fundamental estos últimos años, por enseñarme a disfrutar de las pequeñas cosas de la vida, por ayudarme siempre sin importar el lugar ni la hora, pero sobre todo por saber hacerme feliz. A Martina, Malena y Arturo, porque a pesar de lo pequeños que son con ellos es imposible no tener una sonrisa en la cara, son capaces de alegrar cualquier día triste. A Silvia y Rosa, por estar desde el principio, por los momentos de agobios y de risas, y porque sin ellas todo este camino habría sido mucho más complicado, porque la vida es mucho mejor con amigas como ellas alrededor. A José Díaz, Alex y Luis, por tener siempre palabras de ánimos, porque con ellos no existen los agobios y porque son capaces de convertir un día de estudio en un día divertido, sé que juntos hacemos un gran equipo. A mis amigas de Azuaga, a todas y cada una de ellas, porque a pesar de la distancia nunca han dejado de preocuparse por mí y siempre me han hecho ver que yo puedo con todo. Y es que con ellas tengo claro que no importa la distancia que nos separe, porque siempre habrá algo que nos una. A todos mis profesores, por su enseñanza, su tiempo, su exigencia y sus consejos para poder afrontar mejor la nueva etapa que ahora comienzo. En especial, me gustaría mencionar a Mónica, por darme la oportunidad de realizar este proyecto con ella, por todo lo que me ha aportado en mi formación, pero sobre todo por todo lo que me ha aportado personalmente. Gracias por haber confiado en mí incluso cuando yo misma no lo hacía y por enseñarme que la vida es un viaje no un destino. A Custodia, por aceptar unirse a este trabajo, por su paciencia y dedicación, por estar atenta siempre y por prestarme su ayuda en cualquier momento, porque sin esa ayuda el terminar este proyecto no hubiera sido posible. Finalmente, querría mencionar a Luis Vilches, por dejarme aprender de él y por darme la oportunidad de compartir con él una etapa en la que pude conocerlo de forma más cercana, haciéndome ver que siempre existen períodos malos, pero que si se quiere se puede. ix Resumen En el presente trabajo se lleva a cabo el diseño de una planta de desalcoholización de cervezas aplicable a microcervecerías, pudiéndose fabricar así lo que se conoce con el nombre de cerveza artesana. Las diferencias que presenta este tipo de cerveza con respecto a la cerveza industrial están redactadas en este documento. Para llegar a establecer un diseño final, se han llevado a cabo una serie de pasos: En primer lugar, se ha realizado un pequeño estudio de cómo se fabrica la cerveza, para conocer de manera más exacta el proceso de producción de alcohol en este producto. En segundo lugar, se ha realizado una búsqueda de las diferentes técnicas de desalcoholización existentes y aplicables en grandes industrias. Teniendo en cuenta las principales características de cada una de ellas, se han analizado y se ha seleccionado la que mejor se aplica a microcervecerías, en este caso se ha optado por la rectificación continua a vacío. En tercer lugar se ha realizado el diseño del proceso, centrando la atención en la columna de destilación. Para el diseño de dicha columna se han definido unas condiciones de operación y se ha realizado un pre-diseño de forma manual empleando el método de McCabe-Thiele. Seguidamente, teniendo como datos de referencia los obtenidos en el pre-diseño anterior, se ha procedido a realizar un diseño más avanzado empleando el simulador Aspen Plus. Como los resultados obtenidos por varios métodos presentan diferencias se ha llevado a cabo una serie de estudios para seleccionar que criterios de diseño son más adecuados en el proceso. Para terminar el diseño del equipo, una vez fijados los datos de funcionamiento, se ha procedido a la selección del tipo de columna y al cálculo del diámetro y de la altura de la misma. Como punto final del trabajo, se han seleccionado de diferentes fabricantes, el resto de equipos que componen la planta en estudio. 16 1 ELABORACIÓN DE LA CERVEZA La cerveza es la bebida popular más antigua que existe, su primera mención se encuentra en una escritura cuneiforme del año 2800 a.C. en Mesopotamia, donde se describe la distribución de una ración diaria de pan y cerveza a los trabajadores. En su proceso de elaboración se diferencian tres procesos bioquímicos: la formación de enzimas en el grano de cereal germinante, la degradación de almidón a azúcar justamente por parte de esas enzimas y finalmente, la fermentación del azúcar a alcohol y CO2. Para la fabricación de cerveza son necesarias cuatro materias primas:  Cebada: es la materia prima principal. Tiene un alto contenido en almidón, el cuál es transformado en la sala de cocción en extracto fermentable, además, su cáscara sigue adherida al grano aún después de la trilla y de haber sido procesada para ser transformada en malta, proceso previo a su procesamiento en la fábrica de cerveza. Esta cáscara va a ser útil en el proceso de fabricación porque posee la propiedad de crear una capa filtrante que va a ser necesaria posteriormente.  Lúpulo: es el encargado de dar el sabor amargo característico de la cerveza y tiene influencia sobre el aroma. La calidad de la cerveza depende en gran medida de la calidad de este componente.  Agua: es la más empleada a lo largo del proceso, por lo que influye bastante en la calidad y el carácter de la cerveza. Además, es necesaria para la desinfección y la limpieza, y para otros muchos procesos dentro de la maltería y en la propia fábrica de cerveza.  Levadura: es la encargada de que se produzca la fermentación alcohólica. Debido a sus subproductos, esta sustancia también tiene una gran influencia sobre la calidad de la cerveza. Una vez conocidos los elementos necesarios para llevar a cabo el proceso se van a describir las etapas necesarias que hay que realizar para obtener el producto deseado, la cerveza. (Kunze, 2006) Sin malta no se puede fabricar cerveza, aunque por motivos económicos ciertos países sustituyen una parte de la malta por cereal sin maltear. 1.1 Fabricación de la malta 1.1.1 Recepción, limpieza, clasificación y transporte de la cebada La cebada se recibe en la maltería con ayuda de vehículos automotores o de carriles o con barcos, si ésta no es de la calidad deseada se rechaza y si es aceptada se lleva a cabo una prelimpieza y se almacena. Posteriormente, se realiza la limpieza principal en la que se eliminan contaminantes no malteables y contaminantes tales como semillas de maleza, que reducen la calidad de la malta e incrementan el contenido de agua, así como todo cuerpo extraño que no sea cebada, como por ejemplo, trozos de paja, tornillos, alambre, etc. Todos estos materiales no pueden ser eliminados con una sola máquina, por tanto lo que se hace es conectar varias máquinas y aparatos unos detrás de otros. Seguidamente, se clasifican los granos de cebada en función del tamaño, agrupando los que presentan las mismas dimensiones. Finalmente, se transporta la cebada a través de los dispositivos de transporte. Estos dispositivos se suelen dividir en dos grupos:  Transportadores mecánicos: el producto a granel es movido de forma mecánica. Por ejemplo, el elevador de cangilones para el transporte vertical y la cinta transportadora para el transporte horizontal.  Transportadores neumáticos: en los cuales el producto a granel es movido por una corriente de aire en tubos. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 17 Durante todo este procedimiento se debe tener en cuenta que se tienen que eliminar todos los granos de polvo adheridos a los granos de cebada y de malta. El aire polvoriento debe ser aspirado en todos los lugares donde es generado para evitar que llegue a producir explosiones, empeore las condiciones de trabajo, ensucie los lugares de trabajo y máquinas y además, representa una fuente de contaminación. (Kunze, 2006) 1.1.2 Secado y almacenamiento de la cebada El contenido promedio de agua en la cebada es aproximadamente del 13% al 15%. Si el contenido en agua es superior a estas cifras la cebada debe ser secada mediante un secador antes de almacenarla porque la que se almacena en estado húmedo pierde en capacidad de germinación y produce una malta pobre. Después de este proceso, si fuera necesario realizarlo, se necesita enfriar la carga con un equipo enfriador antes de ser finalmente almacenada. Principalmente, el almacenamiento se realiza en silos o graneros. 1.1.3 Remojo de la cebada Este proceso se realiza para activar las enzimas importantes en el proceso de malteado. Una vez activadas inician el proceso vital de germinación, para iniciar este proceso lo antes posible se debe suministrar a la cebada suficiente agua y oxígeno durante el remojo. Además, al mismo tiempo se debe eliminar todo el calor y el CO2 que se produce durante la respiración. (Kunze, 2006) 1.1.4 Germinación de la cebada En la germinación se forma una nueva planta de cebada a partir del grano una vez que comienza a aumentar la humedad de éste. Se suele llevar a cabo en cajas de germinación circulares o rectangulares. Hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones:  La germinación es un proceso vital que sólo puede tener lugar en presencia de agua en cantidad suficiente (mayor al 40%). Al mismo tiempo que se evapora cierta cantidad de agua se va produciendo agua a través de la respiración (transpiración). Si con lo producido no hay suficiente para alcanzar la cifra necesaria se debe abastecer más agua.  Debido a la respiración inicial intensiva, es necesario el suministro de oxígeno para evitar la muerte del embrión ocasionada por el comienzo de la respiración intramolecular, que es provocada por la falta de aire.  La temperatura aumenta debido a la respiración. Esto reduce la cantidad de enzimas, lo que no interesa, por eso en el tercer día de la germinación se puede restringir la respiración. En definitiva para que el proceso se lleve a cabo de la forma deseada se debe tener un control del agua, el oxígeno y la temperatura. (Kunze, 2006) 1.1.5 Tostado de la malta El proceso de la germinación es interrumpido por el presecado y el tostado, para prevenir transformaciones y pérdidas adicionales. Sólo después de este proceso adquiere la malta su color y aroma, así como las propiedades y resistencia necesaria para poder ser almacenada posteriormente. En función de la malta que se quiere producir este proceso se puede llevar a cabo de diferentes formas, pero generalmente se divide en dos procesos, una fase de secado a temperaturas no muy altas y un golpe de fuego donde se elevan las temperaturas hasta 85°C. (Kunze, 2006) 1.1.6 Tratamiento después del tostado La malta finalmente se enfría, se almacena hasta ser distribuida y se limpia. Elaboración de la Cerveza 18 18 1.2 Fabricación del mosto La fabricación del mosto tiene lugar en la sala de cocción. La malta almacenada se tritura y se pone en contacto con agua en la zona de cocción para ser mezcladas, proceso conocido con el nombre de maceración, en el cual los componentes de la malta entran en solución. Seguidamente, se produce un aumento de la temperatura y se deja actuar a las enzimas encargadas de la transformación de las sustancias insolubles que hay presentes en la malta en sustancias solubles, las cuales se conocen con el nombre de extracto. Este proceso tiene gran importancia, pues a la cerveza sólo pueden pasar sustancias solubles. Dicho proceso tiene como propósito la degradación completa del almidón para la obtención de azúcares y dextrinas solubles. El paso siguiente es la filtración del mosto, donde se separan los extractos solubles de los insolubles, denominados afrecho, que son las sustancias de desecho por no alcanzar su transformación a extracto. A continuación, el mosto es cocido con el lúpulo, el encargado de aportar el sabor amargo a la cerveza. Una vez terminado este proceso, el mosto caliente se libera de las partículas precipitadas y se enfría en un intercambiador de calor de placas, debido a que la fermentación debe ocurrir a bajas temperaturas. (Kunze, 2006) 1.3 Fermentación y maduración Para la transformación del mosto en cerveza, los azúcares contenidos son fermentados por las enzimas de la levadura a dióxido de carbono y etanol. El proceso de la fermentación es el más importante de todos los pasos a seguir en la fabricación de cerveza. Las reacciones que se dan se pueden dividir en reacciones de fermentación principales y reacciones de maduración secundarias, pero debido a que se solapan entre sí se pueden considerar las reacciones de fermentación y maduración como un proceso continuo. La fermentación alcohólica puede ser expresada por la fórmula de Gay-Lussac: C6H12O6→2 C2H5OH + 2 CO2 A partir de esta ecuación se observa que de 1 mol ó 180 g de glucosa se forman 92 g de alcohol y 88 g de CO2. Este proceso comienza con la degradación de la glucosa. Luego tienen lugar una serie de etapas donde se obtiene piruvato (ácido pirúvico), el cual es transformado finalmente en alcohol y CO2. Esto es posible porque la levadura es el único ser vivo que es capaz bajos condiciones anaerobias de sustituir la respiración intensiva en energía por la fermentación. Para que la levadura sea capaz de fermentar el piruvato se deben cumplir el siguiente par de condiciones:  No puede existir una gran cantidad de oxígeno, pues la fermentación está fuertemente restringida.  La cantidad de azúcar presente debe ser menor de 0,1 g/l, por el contrario si se supera este nivel de azúcar tendrá lugar una fermentación parcial. Durante la fermentación, también se forman productos secundarios que tienen una influencia decisiva sobre la calidad de la cerveza en formación. Entre estos subproductos se diferencian los siguientes:  Diacetilo  Alcoholes superiores  Ésteres  Aldehídos Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 19  Compuestos de azufre Y a su vez se pueden clasificar en dos grupos:  Sustancias de bouquet de cerveza verde (diacetilo, aldehídos y compuestos de azufre): le otorgan a la cerveza un sabor y un olor impuro, joven, inmaduro, inarmónico y en alta concentración afectan negativamente a la calidad de la cerveza. Pueden ser extraídas nuevamente de la cerveza durante el desarrollo de la fermentación y la maduración por medios bioquímicos. En ello reside el objetivo de la maduración de la cerveza.  Sustancias de bouquet (alcoholes superiores, ésteres): determinan de forma esencial el aroma de la cerveza y su presencia, bajo determinados rangos de concentración, una precondición para una cerveza de calidad. No pueden ser extraídas nuevamente por medios tecnológicos. El proceso de fermentación es el siguiente: Primero, se le añade la levadura al mosto y este pasa a ser llamado “cerveza verde”. Hay que tener en cuenta que la levadura debe encontrar suficiente oxígeno en el mosto para que se inicie rápido la propagación y la fermentación, y para distribuir la levadura en el mosto, este proceso recibe el nombre de aireación. La aireación no ocurre únicamente debido al ingreso de oxígeno, sino también se debe a la distribución homogénea de la levadura en el mosto, no pueden existir grumos de levadura. La aireación intensiva no debe preocupar, pues el oxígeno es absorbido en pocas horas por la levadura para llevar a cabo la etapa de propagación. Un déficit de oxigenación puede ocasionar problemas, como son:  Fermentación primaria defectuosa  Tiempos de fermentación más prolongados  Fermentación sensible al enfriamiento  Degradación de extracto atascada  Fermentación secundaria defectuosa  Problemas con la calidad de la cerveza La levadura es adicionada al mosto de forma uniforme, se va dosificando a través de una bomba o válvula. El inicio de la fermentación ocurre normalmente en la cuba de fermentación donde la cerveza verde pasa por diferentes etapas. La temperatura y la duración son muy importantes. A continuación, en la Tabla 1-1 se representan los diferentes estados de la fermentación. (Kunze, 2006) Tabla 1-1 Estados de la fermentación Estados de fermentación Aspecto de la capa inicial Comienza la fermentación La cuba se cubre de una capa blanca en forma de espuma formada por pequeñas burbujas. Fermentación vigorosa joven La espuma de burbujas aumenta en altura y adquiere cubiertas marrones. Debe tener un aspecto homogéneo y cremoso. Fermentación vigorosa Es el estado más intensivo, las crestas de espumas están más altas y las burbujas aumentan de tamaño. Espuma en colapso La intensidad disminuye, colapsando lentamente la alta espuma. No se puede seguir formando CO2. El aspecto de la espuma adquiere un color marrón. Capa colapsada La espuma continúa colapsando y forma finalmente una capa de color marrón sucio, la cual es extraída antes de que contamine la levadura. Elaboración de la Cerveza 20 20 En cuanto a la temperatura, al inicio suele estar entre 5 y 6 °C si se requiere un proceso más rápido se pueden aumentar estos valores. Cuando pasa un tiempo y se produce la fermentación se libera calor, por lo que la temperatura del mosto aumenta alcanzando una temperatura de proceso de 8 a 9 °C si se lleva a cabo una fermentación fría, si por el contrario se lleva a cabo un proceso de fermentación caliente se alcanzan unos valores de 10 a 15 °C . Finalmente, la temperatura va descendiendo poco a poco ya que la levadura es sensible a descensos bruscos de temperatura. Cuando se alcanza una valor de 4 ó 5 °C la fermentación termina. El proceso completo suele tener lugar entre 6 y 8 días. En la Figura 1-1 se representa la variación que sufre la temperatura con respecto a los días que dura la fermentación. Figura 1-1 Variación de la temperatura en un proceso de fermentación fría (Kunze, 2006) Una vez que este proceso termina se realiza el trasiego hacia la bodega de maduración donde toda la cerveza verde es mezclada. Durante el proceso de maduración tienen lugar tres procesos: la fermentación secundaria, la saturación de la cerveza con dióxido de carbono y la extracción de todos los componentes formadores de trub de la cerveza. Se debe ajustar la temperatura de la bodega y la presión de los tanques de reposo para que la cerveza contenga más de un 0,5 % de dióxido de carbono, pues en el camino al envasado se pierde algo de este componente y es necesario que una vez embotellada contenga un 0,5 % de CO2 para que no se considere sosa. Antes de la filtración final la cerveza se enfría mucho para precipitar partículas de turbidez en frío y lograr que la cerveza sea más estable a bajas temperaturas. Se suele alcanzar una temperatura de -1 ó -2 °C. Al finalizar el proceso de maduración, la cerveza está libre de oxígeno, pero aún quedan células de levaduras y otras sustancias que aportan turbidez, por ello se lleva a cabo un proceso de filtración cuyo objetivo es hacer que la cerveza sea conservable de manera tal que por un tiempo prolongado no se produzcan cambios visibles. Para realizar este proceso se emplean tamices de todo tipo, tejidos metálicos o textiles, capas filtrantes de celulosa, algodón, fibra de vidrio u otro material, membranas, etc. Finalmente, se produce la estabilización de la cerveza para que se conserve durante un largo período de tiempo y se lleva a cabo el proceso final del envasado. (Kunze, 2006) 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temperatura en °C Duración de la fermentación en días Temperatura Vs Duración Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 21 1.4 Diferencia entre cerveza industrial y cerveza artesana La cerveza industrial es la que todas las personas han conocido siempre, por el hecho de poder encontrarla en todas las partes del mundo y con un precio relativamente bajo. Sin embargo, cada vez son más los locales que se inclinan hacia el abastecimiento de cerveza artesana, debido a que el interés de los consumidores por esta cerveza es cada vez mayor. Las principales diferencias entre ambas son las siguientes:  Materias primas: la cerveza artesanal se elabora a partir de productos totalmente naturales, que no llevan aditivos artificiales ni conservantes, únicamente se emplea agua, levadura, maltas y lúpulo. En contra, la cerveza industrial se pasteuriza y lleva conservantes. Desde la antigüedad se ha empleado malta de cebada para fabricar cerveza, pero este producto es de elevada calidad y tiene un coste elevado, por ello las grandes industrias cerveceras lo han sustituido por ingredientes más baratos como son el arroz, el maíz y el mijo.  El proceso de elaboración: la cerveza artesanal se lleva a cabo en un proceso prácticamente manual y con poca maquinaria. Al contrario de lo que ocurre en las grandes empresas, donde el proceso suele ser automático y con poca participación humana.  Producto local y de proximidad: se ha de tener en cuenta que la cerveza artesana es producida por pequeñas y medianas empresas en las cuales existe una gran proximidad entre el cliente y el proveedor. Lo contrario ocurre con la cerveza industrial que es distribuida a gran escala alrededor de todo el mundo.  Los objetivos: la cerveza artesana tiene como objetivo el aroma y el gusto, es mucho más atractiva en el sabor. Por otro lado, las industrias cerveceras buscan aumentar ventas bajando los costes y posicionar sus marcas en el mercado. Es por todas estas razones, por las que cada vez más la demanda de cerveza artesana va aumentando, debido a que la sociedad de hoy en día va buscando productos de mayor calidad, productos naturales, alejándose poco a poco de los productos artificiales. (Montseny, 2015) Elaboración de la Cerveza 22 22 Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 23 2 LA CERVEZA SIN ALCOHOL La legislación de cada país establece unos límites que definen los tipos de cerveza en función de su concentración de alcohol. En España se pueden encontrar los siguientes tipos:  Cerveza: es la que contiene normalmente entre un 4% y un 5% de alcohol, aunque existen algunas con un porcentaje mucho mayor.  Cerveza baja en alcohol: reciben este nombre las que poseen entre un 1% y un 3% de alcohol en su composición. (J.R., y otros, 2002)  Cerveza sin alcohol: es aquella que presenta una graduación de alcohol inferior al 1%, y es en este grupo donde se encuentra la cerveza 0,0%. Se le puede denotar con este nombre porque la cantidad de alcohol que posee es mínima en comparación con la cerveza normal. La primera marca Española en lanzar este producto al mercado fue San Miguel y se caracteriza por un color dorado y brillante, espuma blanca y cremosa de densidad media y por un olor a masa de pan y pan de molde mezclados con cebada malteada y un toque de pera y miel de flores. Su temperatura óptima se encuentra entre los 4 y los 6 °C. (J.R., y otros, 2002) y (Miguel, 2018). A diferencia de la cerveza con alcohol la cual existe desde hace miles de años, cabe destacar que el proceso de fabricación de la cerveza sin alcohol es relativamente nuevo. Este producto nace hace varios años para satisfacer las necesidades de determinados consumidores que deseaban disfrutar de una bebida refrescante como es la cerveza eliminando el inconveniente de su contenido en alcohol. Los fabricantes se han adaptado rápidamente a esta demanda mejorando cada vez más los procesos de producción, creando un producto lo más parecido posible a la cerveza de siempre. (J.R., y otros, 2002) 2.1 Elaboración de la cerveza sin alcohol Las técnicas para eliminar el alcohol de la cerveza son varias y se suelen clasificar en dos grupos:  Métodos que se basan en adaptar el proceso de elaboración de la cerveza para tratar de limitar la cantidad de alcohol que se obtiene durante la fermentación.  Tratamientos físicos para separar el etanol una vez que la cerveza ha sido elaborada. Estos últimos eliminan una mayor cantidad de alcohol, pero es necesario el uso de maquinaria especializada lo cual aumenta el coste del proceso. (Lurueña, 2012) 2.1.1 Adaptación del proceso de elaboración Para llevar a cabo este procedimiento de eliminación de alcohol, se puede actuar sobre el proceso de malteado y el proceso de fermentación. En la Figura 2-1 se exponen una clasificación de los procedimientos que se pueden llevar a cabo: La Cerveza Sin Alcohol 24 24 Figura 2-1 Métodos de fabricación de cerveza sin alcohol adapatando el proceso de producción 2.1.1.1 Empleando un wort de baja densidad La forma más sencilla de obtener cerveza sin alcohol es comenzar con un wort de baja densidad, que normalmente se consigue añadiendo agua al wort original y llevar a cabo una fermentación controlada. Se entiende por wort a la mezcla azucarada que resulta del proceso de sacarificación del almidón y a la cual se le extraen los aromas de la malta. Sin embargo, este procedimiento presenta un problema y es que además de tener poco alcohol también presenta poco sabor. (Lurueña, 2012) 2.1.1.2 Empleando un wort de alta densidad Para solventar el problema anterior existe la alternativa de emplear un wort de alta densidad, obteniéndose así tras la fermentación una cerveza con una alta concentración de compuestos volátiles que aportan sabor y aromas. Sin embargo, el porcentaje de alcohol se ve muy poco afectado con respecto al de la cerveza común, por ello el siguiente paso que hay que llevar a cabo es una dilución del producto obtenido para reducir dicho porcentaje. La restricción que presenta esta técnica es que no se puede obtener cerveza por debajo de un 2% de alcohol, por lo que no se puede catalogar como cerveza sin alcohol. (Lurueña, 2012) 2.1.1.3 Malteado a elevada temperatura Si se quiere reducir el porcentaje de alcohol obtenido empleando un wort de alta densidad se puede llevar a cabo otra alternativa para reducir el porcentaje de alcohol a un 1%. Dicha alternativa consiste en realizar el proceso de malteado a una temperatura elevada. Lo que se consigue con este método es desactivar una de las enzimas que participan en la hidrólisis del almidón, concretamente la β-amilasa, que es inactiva a una temperatura igual o superior a 80°C. Debido a esta desactivación se van a obtener una menor cantidad de azúcares fermentables (glucosa, maltosa y dextrinas), por tanto la levadura va a tener una menor actividad y la cantidad de etanol obtenida también va a ser menor. Pero aún así, este procedimiento sigue presentando problemas y es que se obtiene un alto contenido en dextrinas las cuales son producidas por la enzima α-amilasa, que es la que actúa con mayor importancia en este proceso. Esto da lugar a que su sabor sea diferente al de la cerveza normal. (Lurueña, 2012) Adaptación del proceso de producción Empleando un wort de baja densidad Empleando un wort de alta densidad Malteado a alta temperatura Control del proceso de fermentación Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 25 2.1.1.4 Control del proceso de fermentación Al llevar a cabo este procedimiento se debe tener en cuenta que si se decide interrumpir la fermentación, es decir, si no se dejan agotar todos los azúcares presentes en el mosto para obtener un producto con menor cantidad de alcohol se va a generar una mezcla microbiológicamente inestable debido a los azúcares fermentables que quedan presente. Por ello si se opta por llevar a cabo este proceso de desalcoholización se debe esterilizar el producto añadiendo sustancias químicas o conservarlo a temperatura de inactividad microbiana para evitar los problemas que puedan causar la proliferación de levaduras, hongos y bacterias. [3] En relación con lo anterior, también se pueden llevar a cabo dos técnicas diferentes para obtener productos finales similares. Una de ellas es emplear ciertas especies de levaduras que fermenten solamente un pequeño porcentaje de los azúcares fermentables disminuyendo así la cantidad de alcohol final. Por ejemplo, se conoce que la levadura Saccharomyces ludwigii tiene la capacidad de fermentar aproximadamente un 15% del total de azúcares presentes. (Lurueña, 2012) Se sabe que esto ocurre así porque este tipo de levadura predomina durante la fermentación en los 2 ó 3 primeros días del proceso, después al ser muy sensible al etanol su crecimiento va disminuyendo rápidamente hasta llegar a morir. A partir de este momento empiezan a dominar el proceso levaduras que son más resistentes al etanol. (Revista Especializada en Ciencias Químicas, 2011) Otra de las técnicas para obtener una disminución de etanol es llevar a cabo un proceso de fermentación controlada aplicando baja temperatura sobre el depósito donde se realiza la fermentación para que ésta finalice y se deben eliminar las levaduras presentes antes de que termine por completo. Pero estas técnicas también presentan un problema y es que se genera una gran cantidad de maltosa la cual aporta un sabor diferente al de la cerveza normal. Además, los niveles de alcohol que se alcanzan no son lo suficientemente bajos para que sea un proceso óptimo de desalcoholización. (Lurueña, 2012) Sin embargo, existe una alternativa de fermentación controlada en la que se puede obtener cerveza con una cantidad de alcohol inferior al 0,05%. Para ello, lo que se debe hacer es someter al mosto a temperaturas entre -1 y 0°C y se inocula con la levadura, la cual permanece en suspensión debido al carbónico del mosto. El tiempo de contacto puede durar entre 1 ó 2 días, durante este período el metabolismo de la levadura es muy lento debido a las bajas temperaturas, por lo que se produce así una menor cantidad de alcohol. Esto conlleva a que la cerveza presente un sabor diferente debido en gran medida a la autolisis de los microorganismos y también se forman algunos ésteres. Cabe destacar que sí existe una forma de actuar que hace posible fabricar una cerveza con un contenido de alcohol 0,0% y es empleada por la cervecera holandesa Bavaria. Fue la primera empresa que patentó este procedimiento en 1979 convirtiéndose en la primera marca en lanzar al mercado una cerveza libre de alcohol. Esta técnica consiste en realizar la fermentación controlada sometiendo el mosto a bajas temperaturas como se cita en el párrafo anterior, pero en este caso se inmovilizan las levaduras para que no existan problemas de autolisis y así conservar el auténtico sabor de la cerveza. Por tanto, se consigue llevar a cabo una fermentación directamente sin alcohol empleando un tipo de levadura especial. (Lurueña, 2012) 2.1.2 Tratamientos físicos Como ya se ha citado anteriormente, la utilización de estos métodos garantiza una mayor retirada de alcohol, pero también aumentan los costes de producción del proceso. Estos métodos se pueden clasificar en dos tipos: métodos en los cuales se lleva a cabo una separación por membranas y métodos en los que se emplea calor para eliminar el alcohol producido. A continuación se explican cada uno de ellos. (Lurueña, 2012) 2.1.2.1 Métodos que aplican calor Este tipo de separación es posible debido a que el agua y el alcohol presentan diferentes puntos de ebullición a presión atmosférica. Por un lado, el punto de ebullición del etanol es 78,37 °C y el del agua es 100 °C. Este procedimiento se puede llevar a cabo a través de diferentes métodos, los cuáles se clasifican según lo expuesto en la Figura 2-2. La Cerveza Sin Alcohol 32 32 2.1.2.2 Métodos de separación por membranas Estos métodos se basan en la separación a través de membranas semipermeables que actúan como filtros, dejando pasar el agua reteniendo los sólidos en suspensión y otras sustancias. La ventaja que poseen es que no es necesario aplicar calor, por lo que no se alteran los componentes de la cerveza debido a este factor. Sin embargo, tienen una desventaja, y es que no es un proceso rentable para la obtención de una cerveza con un porcentaje de alcohol inferior al 0,5%, suele emplearse para obtener un producto con una concentración de alcohol de un 2%. (Lurueña, 2012) Se pueden emplear dos métodos para llevar a cabo este sistema, los cuáles se muestran en la Figura 2-8. Figura 2-8 Métodos de separación por membranas 2.1.2.2.1 Ósmosis inversa El proceso de ósmosis se caracteriza por la búsqueda del equilibrio. Si se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos el fluido de menor concentración pasa a través de la membrana hacia el de mayor concentración. Dentro de un tiempo el contenido de agua en uno de los lados de la membrana será mayor, la diferencia de altura que se genera es lo que se conoce con el nombre de presión osmótica. Sin embargo, para desalcoholizar cerveza como para otros muchos procesos industriales, como por ejemplo para eliminar la sal del agua, se necesita realizar el efecto contrario, lo que recibe el nombre de ósmosis inversa. Este procedimiento consiste en aplicar una presión mayor a la presión osmótica para hacer circular el agua desde la zona de mayor concentración hacia la zona de menor concentración, para así concentrar aún más la cantidad del producto no deseado. Para emplear esta técnica en la desalcoholizción de cervezas lo que se hace es aplicar altas presiones para hacer que la cerveza atraviese una membrana semipermeable. El rango de presión que se tiene que ejercer sobre el producto debe estar comprendido entre 30 y 50 bar y se suele operar con un rango de temperatura desde 0 °C a 5 °C. En este proceso lo que ocurre es que el agua y el etanol presentes en la cerveza inicial al tener bajo peso molecular son capaces de atravesar la membrana, quedando el resto de los compuestos retenidos por la misma. (Lurueña, 2012) Métodos de separación por membranas Ósmosis inversa Diálisis Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 33 En la Figura 2-9 se refleja un esquema simplificado de lo que ocurre en un proceso de ósmosis inversa: Figura 2-9 Esquema de ósmosis inversa (Lurueña, 2012) El circuito que se lleva a cabo es el siguiente: 1. La cerveza con alcohol que se encuentra almacenada en un tanque atraviesa en primer lugar un filtro para eliminar alguna partícula sólida de mayor tamaño que pueda encontrarse en la solución. Después, con ayuda de una bomba es impulsada hasta la membrana de ósmosis inversa la cual cuenta con una serie de poros muy pequeños. 2. Una vez en la membrana, la cerveza sometida a presión se pone en contacto con agua a contracorriente. Lo que se logra con este procedimiento es obtener por un lado una cerveza concentrada y por otro una solución de agua y etanol denominada permeado, de la cual llevando a cabo otro proceso de separación se pueden separar ambas sutancias, obteniéndose así dos productos más. 3. Finalmente, a la cerveza concentrada se le añade agua para obtener el volumen de producto deseado. De este modo, se obtiene una cerveza con una menor cantidad de alcohol. Sin embargo, si la cerveza sin alcohol obtenida no alcanza el porcentaje deseado, lo que se debe hacer es volver a llevar a cabo el proceso tomando como alimentación este producto derivado de la primera separación. (Cañas, 2014) Hay que tener en cuenta que para llevar a cabo este proceso antes de iniciarlo hay que diluir la cerveza inicial con agua para compensar la pérdida que tiene lugar durante el proceso y así poder reducir la cantidad de etanol. En la Figura 2-10 se representa un esquema de las fases redactadas anteriormente. La Cerveza Sin Alcohol 34 34 Figura 2-10 Proceso de ósmosis inversa (Cañas, 2014) La ventaja que posee esta técnica es que se separa de forma natural la cerveza del alcohol conservándose así todas sus propiedades naturales. De esta forma, el sabor será ligeramente diferente al producto inicial porque la pérdida de aromas sólo está relacionada con compuestos de bajo peso molecular. (Lurueña, 2012) 2.1.2.2.2 Diálisis El proceso de separación por diálisis se basa en el transporte selectivo a través de una membrana debido a la diferencia de concentración existente entre las sustancias enfrentadas. Durante la diálisis los componentes disueltos en ambas lados de la membrana intentan alcanzar el equilibrio de concentraciones. En el caso de la desalcoholización de cerveza el etanol pasa a través de la membrana hasta la zona que contiene agua para intentar alcanzar el equilibrio. Para que este proceso sea más efectivo y se reduzca la mayor cantidad de alcohol posible se tiene que remover constantemente la solución de agua con alcohol que se va produciendo, para que se difunda de nuevo alcohol hasta alcanzar otra vez el equilibrio. Las membranas que se emplean para lograr el objetivo final están construidas de fibra hueca con un espesor muy delgado, cuya medida oscila entre 10-25 μm. Además, dichas fibras tienen un diámetro aproximado de 50 a 200 μm con poros muy finos. Para llevar a cabo el procedimiento se agrupan cientos de membranas de este tipo en un módulo, por el cual la cerveza pasa de manera uniforme por la parte interna de las fibras y el agua por la parte externa a contracorriente. Si se quiere instalar una planta de desalcoholización que lleve a cabo este procedimiento se debe disponer de los siguientes equipos. El componente principal de la planta es el módulo de membranas, pueden disponerse de 1 o 2 en función de la producción que se desee obtener. Una vez que ocurre el proceso de diálisis la cerveza reducida en alcohol es enfriada hasta alcanzar 1 °C dentro de un intercambiador de placas y seguidamente pasa a un tanque de almacenamiento. El alcohol que se ha obtenido en la solución de agua es removido en una columna rectificadora y es enviado de nuevo al nódulo de extracción de alcohol, pero previamente se debe realizar un ajuste de temperatura. Es impulsado hacia allí con ayuda de una bomba. En la Figura 2-11 se ilustra un esquema de la planta de producción con un único módulo de eliminación de alcohol. (Bompart, 2008) Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 35 Figura 2-11 Proceso de diálisis (Bompart, 2008) La ventaja que posee la diálisis con respecto a la ósmosis inversa es que la separación se consigue a una temperatura menor y los cambios de temperatura durante el proceso son menores. 2.2 Selección de técnicas que se pueden aplicar en microcervecerías En el siguiente punto se van a exponer los procesos que se podrían emplear en una microcervecería para alcanzar el objetivo deseado y cuáles no se podrían aplicar, debido a su dificultad, sus dimensiónes, las propiedades del produco obtenido y su alto coste. Las técnicas que se van a estudiar para implantar a escala pequeña son todas las que se han comentado anteriormente, como son: técnicas que adaptan el proceso de producción, técnicas que aplican calor para desalcoholizar cerveza y métodos de separación con membranas. Entre todos los procesos existentes para retirar el alcohol del producto serían idóneos para aplicar en microcervecerías: el control del proceso de fermentación aplicando bajas temperaturas, la destilación, la rectificación contínua a vacío, la ósmosis inversa y la diálisis. Dentro de todo este grupo, la opción seleccionada para ser aplicada a pequeña escala es la rectificación continua a vacío, porque el producto que se obtiene tiene buenas propiedades, lo que va a facilitar su venta a los consumidores y además, se va a poder almacenar el alcohol producido para ser vendido posteriormente incrementando así el beneficio. También es una buena opción porque el diseño de la planta se puede realizar con las dimensiones deseadas. Estas dimensiones son función de la cantidad de producto que se quiera obtener y del espacio disponible en el establecimiento donde se quiera implantar. Además, es un equipo que no es demasiado complejo y puede actuar de forma autónoma programando las condiciones de operación necesarias para el proceso. Este proceso se podría mejorar empleando en lugar de una columna de rectificación simple una columna de conos rotatorios, pero hay que tener en cuenta que el equipo es mucho más específico y los costes de mantenimiento y adquisición van a ser más elevados que el anterior, por lo que puede no ser rentable para La Cerveza Sin Alcohol 36 36 aplicarlo a pequeña escala. Seguidamente se van a comentar los motivos por los cuáles se han rechazado los demás métodos para llevar a cabo el diseño. En primer lugar, el control del proceso de fermentación a baja temperatura ha sido desestimado porque a pesar de que el procedimiento a llevar a cabo es sencillo, (realizando un control de temperatura del mosto), y se puede diseñar a escala pequeña cumpliendo el porcentaje de alcohol necesario para ser etiquetado el producto como cerveza sin, no es un proceso que garantice el 100% de sabor original y el período de operación es largo, (se necesitan entre 1 y 2 días para garantizar un buen resultado). Se requiere una técnica en la que se llegue más rápido al resultado final. En segundo lugar, la destilación estándar ha sido rechazada por el mal sabor que adquiere la cerveza debido a las altas temperaturas, esto conlleva a que el producto no sea aceptado por los consumidores. En tercer lugar, centrando la atención en los procesos de separación con membranas, comentar que ambos serían aptos para implantarse a escala pequeña, debido a su simplicidad, su fácil mantenimiento y su sencillo arranque. Lo único que habría que llevar a cabo es un diseño de los equipos con las dimensiones adecuadas y obtener los tipos de membranas necesarios para cada proceso. Sin embargo, no se ha seleccionado ninguna de estas opciones porque en estos casos el producto que se obtiene no es una cerveza sin alcohol, sino que va a estar dentro del grupo de cerveza baja en alcohol debido a que el porcentaje de reducción máximo es de un 2%. En la Figura 2-12 se ilustra un pequeño esquema resumen de las opciones que se han citado anteriormente como más acertadas dentro de los diferentes tipos de procesos. Resaltando de nuevo que se ha seleccionado como óptimo la columna de rectificación continua al vacío. Figura 2-12 Métodos que se podrían aplicar al diseño de una microcervecería Por útlimo, se van a comentar las técnicas que se han considerado no idóneas para implantar en microcervecerías. El empleo de un wort de baja y alta densidad, se ha rechazado porque no alcanzan los niveles requeridos de alcohol y presentan mal sabor, lo mismo que ocurre con el malteado a alta temperatura. Como se requiere un producto con buenas propiedades y que cumpla el requisito de cerveza sin se han eliminado sin profundizar en su estudio. Atendiendo a las técnicas en las cuales se controla la fermentación por un lado, se ha rechazado el emplear levaduras especiales porque habría que adquirirlas en establecimientos específicos, lo que aumenta el coste del proceso. Además, éstas deben ser eliminadas antes de que el proceso finalice y esto implica una constante observación para que no se tenga que retirar el producto como residuo por una mala fabricación, factor que lo hace más laborioso. Por otro, se desprecia el llevar a cabo un control de temperatura donde se realiza la fermentación debido a que se obtiene un sabor final que varía demasiado comparado con el producto original por la formación de maltosa. Aunque como factor principal se ha rechazado porque el nivel de alcohol que se obtiene no es •Enfriamiento del mosto Modificación del proceso de producción •Columna de rectificación al vacío Aplicando calor •Ósmosis inversa •Diálisis Empleando membranas Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 37 suficientemente bajo para que el proceso de desalcoholización sea catalogado como aceptable. Para finalizar, decir que los procesos Sigmatec y evaporación al vacío se han descartado por las grandes dimensiones que presentan los equipos, los cuáles están más orientados al uso industrial. Estas opciones se resumen en la Figura 2-13. Figura 2-13 Técnicas no ideales para aplicar en microcervecerías • Empleando un wort de alta y baja densidad • Malteado a alta temperatura • Empleando levaduras especiales • Controlando la temperatura del tanque de fermentación Modificación del proceso de producción • Evaporación a vacío • Sigmatec Aplicando calor La Cerveza Sin Alcohol 38 38 Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 39 3 DISEÑO DE UNA PLANTA DE DESALCOHOLIZACIÓN DE CERVEZA MEDIANTE RECTIFICACIÓN CONTINUA A VACÍO EN MICROCERVECERÍAS 3.1 Introducción Como se ha citado en el capítulo anterior el método seleccionado para desalcoholizar cerveza a nivel de microcervecerías es la rectificación continua a vacío. El proceso que se produce es el siguiente: la cerveza con alcohol entra en primer lugar en un intercambiador de calor de placas donde sufre un precalentamiento, necesario para eliminar el CO2 presente en el producto inicial. Este proceso se realiza porque el dióxido de carbono dificulta la desalcoholización y empeora la recuperación aromática si se quisiera llevar a cabo. De dicho intercambiador van a salir dos corrientes, una gaseosa que contiene el CO2 y otra líquida que contiene el producto a desalcoholizar. La corriente gaseosa va a llegar a un ventilador que es el encargado de eliminar totalmente el CO2 y la corriente líquida se va a dirigir a la columna de destilación para ser desalcoholizada. Dicha columna va a operar a vacío y es la encargada de eliminar el alcohol de la cerveza, por tanto es el equipo principal del proceso y el que se va a diseñar de forma rigurosa. De esta columna también se obtienen dos corrientes de salida, una de ellas es el destilado de la cual se obtiene alcohol y otra es la corriente de cola que contiene la cerveza sin alcohol. Otro componente del proceso es la bomba de vacío, se va a emplear para generar el vacío en el interior de la columna. En este caso va a ser un eyector y se va a colocar en la zona superior de la torre. Para terminar, mencionar que se van a necesitar dos tanques de almacenamiento para recoger los productos finales y almacenar el producto a procesar. El esquema del proceso se muestra en la Figura 3-1 y seguidamente se explican más detalladamente las características principales de los equipos mencionados anteriormente. Figura 3-1 Planta de desalcoholización A continuación se van a describir cada uno de los elementos que forman la planta, aunque el que se va a diseñar en mayor profundidad es la columna de destilación. Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 40 40  Intercambiador de placas: como se ha citado anteriormente se va a emplear para precalentar la cerveza con alcohol y así poder eliminar el CO2. Estos intercambiadores se pueden dividir en tres grupos, los cuáles van a ser comentados a continuación. 1. De placas simples: consisten en dos planchas, generalmente de acero inoxidable o aluminio, sobre las que se ha estampado un circuito. Estas dos láminas, después de disponerlas convenientemente, se sueldan, y quedan como si fuese una placa única, con un circuito impreso en su interior. Las placas intercambiadoras simples trabajan por inmersión, colocándose dentro del flluido a tratar térmicamente, que puede ser un líquido o un gas. Se emplean en la industria enológica, por lo tanto también van a ser idóneos para la industria cervecera. Esto se debe a que su diseño con forma rectangular, estrechos y muy alargados (hasta 3 m) permiten su introducción en depósitos que disponen de una boca muy pequeña. Con el fin de mantener esta característica y poder aumentar la superficie de intercambio, se presentan también en forma semicilíndrica o cilíndrica. Es evidente que las placas descritas anteriormente se pueden asociar cuando se necesite una mayor superficie, con lo cual su efecto se multiplica en función del número de las que coloquemos. En este caso las placass trabajan por separado, estando ambas caras en contacto con el fluido en el que se hallan inmersas. (Martín, 2000) Figura 3-2 Intercambiadores de placa plana y placa cilíndrica 2. Intercambiadores de placas con selladores (con juntas): La Instrucción Técnica Complementaria del Reglamento de Aparatos de Presión los define como aparatos que transfieren energía térmica de un fluido a otro, ambos circulando en circuitos cerrados indepenientes, habiendo o no cambio de fase y sin que exista mezcla de fluidos. Una descripción menos funcional y más física los resumiría como un conjunto de placas estampadas corrugadas, montadas sobre un bastidor común y comprimidas entre sí, formando un bloque o paquete. Las más comunes son de forma rectangular y llevan cuatro orificios en sus cuatro esquinas. En las aristas superior e inferior, suelen tener escotaduras y su superficie lleva un grabado corrugado para producir turbulencias en el movimiento de los fluidos, lo que mejora la transmisión de calor. La forma que presentan se ilustra a continuación. (Martín, 2000) Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 41 Figura 3-3 Intercambiador de placas (Stock, 2018) Si suponemos que un fluido accede por uno de los orificios de la parte superior del paquete y sale por otro de la parte inferior y que el otro fluido sigue un camino inverso, veremos como los sucesivos huecos se rellenan con ambos líquidos, que bañan las dos caras de cada placa, sin llegar a juntarse, formando así dos circuitos estancos. Se puede observar en la Figura 3-4. Figura 3-4 Funcionamiento intercambiador de placas (Soluciones termoindustriales del norte, 2009) El intercambio térmico se produce a través del espesor de las placas. Por su diseño ocupan poco volumen y las pérdidas de calor son bajas, al tener una superficie exterior reducida. La limpieza, operación muy importante en estos equipos, también se realiza fácilmente, sólo hay que aflojar los tornillos y extraer las placas. Estos intercambiadores se suelen usar en la industria alimentaria, como por ejemplo, en enología, industrias lácteas, industrias del aceite, etc., lo cual también serían aptos para emplearlos en cervecerías. (Martín, 2000) 3. Intercambiadores de placas soldadas: se han diseñado para mejorar las presiones y temperaturas de los intercambiadores que han sidodescritos anteriormente. Se obtiene un bloque de placas mucho más sencillo que el anterior. El paquete de placas se comienza y termina con dos placas robustas en los que se ubica las tomas para dar entrada y salida a los fluidos. Los puntos internos de soldadura entre las placas aumentan mucho la turbulencia de los líquidos, lo que contribuye a mejorar el intercambio térmico. El abanico de aplicaciones es más amplio que el anterior, caben aquí todos los campos contemplados en el apartado anterior y además, intercambios líquidos/gas y gsa/gas, lo que permite su utilización como evaporadores y condensadores. (Martín, 2000) Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 48 48 Figura 3-11 Rango de temperaturas de operación de la torre a una presión de 0,3 bar Figura 3-12 Rango de temperaturas de operación de la torre a una presión de 0,2 bar En estas gráficas se observa que al reducir la presión de operación a 0,5, 0,3 y 0,2 bares el rango de temperaturas en el que debe operar la torre es aún elevado, valores por encima de los 60ºC, lo que perjudica a las propiedades organolépticas del producto como ya se ha citado anteriormente. Por esto, y por el salto de temperatura que se produce entre la entrada del producto y la temperatura límite de operación que presentan estos valores de presión han sido rechazados para llevar a cabo el diseño de la torre. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 49 Para valores de presión de operación de 0,1 bar y 0,05 se representa sus curvas de equilibrio en las Figuras 3- 13 y 3-14. Figura 3-13 Rango de temperaturas de operación de la torre a una presión de 0,1 bar Figura 3-14 Rango de temperaturas de operación de la torre a una presión de 0,05 bar En estas gráficas se puede comprobar que la presión de operación más adecuada para trabajar en el proceso es 0,1 bar ya que su rango de temperaturas varía entre 29 ºC y 46 ºC y es la que se va a seleccionar para llevar a cabo el diseño. Por un lado, la temperatura máxima no implica una gran degradación de los productos o un indeseado sabor a quemado el cual sería rechazado por el consumidor.Por otro lado, comentar que la temperatura de alimentación va a tener un valor de 42 ºC, el cual garantiza que el CO2 haya sido eliminado en el precalentador. Esto implica que operando a esta presión se puedeintroducir la alimentación de forma directa Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 50 50 sin tener que calentar un tiempo más prolongado o tener que esperar a que el producto se enfríe una vez evaporado el CO2 como ocurre si se trabaja a presión de 0,05 bar. A continuación, una vez que se conocen los parámetros de operación se ha realizado un cálculo aproximado de la torre realizando un diseño a mano, calculando el balance de materia y empleando el método de McCabe- Thiele para calcular el número de etapas necesarias para llevar a cabo el proceso. Posteriormente se realizará el modelo con el software Aspen Plus para obtener el diseño de la torre. Balance de materia El cálculo del balance de materia se expone a continuación. Balance de materia global: (3-2) Balande de materia por componentes: (3-3) Donde:  F: caudal de entrada (l/h)  B: caudal de cola (l/h)  D: caudal de destilado (l/)  ZF: composición de etanol a la entrada  XB:composición de etanol en cola  XD: composición de etanol en el destilado Los resultados obtenidos son los siguientes: Tabla 3-1 Balance de materia en unidades volumétricas Caudales (l/h) Fracción volumétrica de etanol Fracción volumétrica de agua Entrada 20 0,05 0,95 Cola 18,5 0,001 0,999 Destilado 1,5 0,6543 0,3457 Para obtener los resultados anteriores en unidades molares se han necesitado las siguientes propiedades de los compuestos. Y el resultado final se muestra en la Tabla 3-2 y Tabla 3-3. Tabla 3-2 Propiedades de los compuestos para llevar a cabo la conversión de unidades Propiedades empleadas para pasar de unidades volumétricas a unidades molares PM etanol (g/mol) 46,07 PM agua (g/mol) 18,01 Densidad del etanol (g/l) 789 Densidad del agua (g/l) 1000 Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 51 Tabla 3-3 Resultado del balance de materia en unidades molares Caudal molar (kmol/h) Fracciones molares Agua Etanol Total Agua Etanol Entrada 1,054 0,017 1,072 0,984 0,016 Cola 1,026 0,00031 1,026 0,999 0,0003 Destilado 0,028 0,0168 0,045 0,631 0,368 El método de McCabe-Thiele es un método gráfico en el cual se combinan las líneas de operación resultantes de los balances de materia con el diagrama de la curva de equilibrio, para obtener el número de etapas de equilibrio a una determinada presión Este método determina una serie de parámetros a partir de unas especificaciones dadas que se recogen en la Tabla 3-4. Tabla 3-4 Especificaciones y resultados del método de McCabe-Thiele (Regalo, 2015) Especificaciones Resultados F (caudal molar de alimentación) D (caudal molar de product destilado) Zf B (caudal molar de product de fondos) P (presión de operación en la columna) Nmin (número mínimo de etapas de equilibrio) Estado de la alimentación Rmin (relación de reflujo mínima) Curva de equilibrio L – V para mezcla binaria R (relación de reflujo, L/D) Tipo de condensador N (número de etapas de equilibrio) XD (fracción molar del componente ligero en destilado) Localización optima de la etapa de alimentación XB (fracción molar de ligero en el fondo) R/Rmin (relación de reflujo respecto al mínimo) Sin embargo hay que tener en cuenta que el método presenta una serie de simplificaciones:  Flujos molares constantes, L y G ( ): Hay una transferencia del componente volátil del líquido al vapor y otra del componente menos volátil del vapor al líquido y se realiza prácticamente mol a mol, se puede considerer la misma.  Transferencia equimolar: el calor de vaporización se puede considerar constante para cualquier concentración. Esto implica que el calor liberado en la condensación de un mol de componente pesado es el mismo que el necesario para vaporizar un mol del componente ligero. Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 52 52  Operación adiabática y sin efectos de calor de mezcla o de calor sensible. En el caso de que las pérdidas de calor sean muy elevadas el proceso se aleja de las características ideales, lo que implica que se aleja de lo que dice McCabe-Thiele, pero esto no suele ocurrir. (Apuntes, 2018) Los diferentes puntos que forman parte del método se van a ir explicando y a continuación se van a exponer los resultados del diseño manual de la columna. 3.3.1.1 Sección de enriquecimiento La zona de enriquecimiento engloba la parte superior de la columna, es decir, va desde la etapa donde se introduce la alimentación hasta la etapa superior incluyendo el condensador. Se muestra en la Figura 3-15. Figura 3-15 Zona de enriquecimiento (Apuntes, 2018) Haciendo el balance de materia global para el componente más ligero se obtiene la siguiente ecuación. (3-4) Reordenando y dividiendo por V se obtiene la recta de operación de la zona de enriquecimiento conocida como ROE. (3-5) Si se aplica un cambio de variable esta recta también se puede representar como: (3-6) Siendo R la relación de reflujo. Esta recta se puede definir por:  Dos puntos (XD,XD) y (0, XD/R+1)  Dos puntos y una pendiente (XD,XD) y como pendiente se tiene R/R+1 Citar que los puntos de la recta de operación son los puntos que se cruzan a la misma altura en la zona de enriquecimiento. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 53 En este punto se quiere destacar que el condensador empleado en el diseño es un condensador total y esto quiere decir que dicho condensador recibe una cantidad de vapor saturado a la temperatura del plato de cabeza de torre y lo enfría hasta obtener un líquido saturado, se produce un cambio de fase. Una corriente se recircula de nuevo a la torre y otra sale como destilado. El líquido sale saturado a la misma temperatura, lo único que se pierde es el calor de vaporización. La recirculación tiene lugar para aumentar la concentración a la salida del componente más volátil. 3.3.1.2 Sección de agotamiento La zona de agotamiento se localiza en el fondo de la torre y va desde la última etapa hasta la etapa donde se produce la alimentación. Es la zona que se encuentra a mayor temperatura. Figura 3-16 Zona de agotamiento (Apuntes, 2018) La recta de operación de esta sección es:    (3-7) Para dibujar esta recta en el diagrama de equilibrio x-y donde se va a representar el método que se está desarrollando hay que fijarse en dos puntos uno está compuesto por (XB, XB) y otro va a ser el punto de intersección entre la ROE y la recta q que se va a detallar a continuación. Hay que fijarse en esta intersección porque   no es conocido. En este caso el hervidor empleado va a ser un hervidor parcial que equivale a una etapa de equilibrio más y es el que impone la relación de reflujo en esta sección de la torre. Solamente se calienta lo que se le aporta al sistema (reintroduciéndose). (Apuntes, 2018) 3.3.1.3 Etapa de alimentación La alimentación se puede introducir de cinco formas diferentes según las condiciones térmicas, midiéndose como moles de líquido por cada mol de alimentación y se representa con el parámetro q. Tiene un repercussion en el plato que estoy alimentando en relación con la material y la energía. El parámetro q puede tomar los siguientes valores según la alimentación. Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 54 54  q > 1 : líquido subenfriado  q = 1 : líquido saturado  0 < q < 1 : equilibrio líquido - vapor  q = 0 : vapor saturado  q > 0 : vapor sobrecalentado Este parámetro se define como el calor necesario para vaporizer un mol de alimentación divide por el calor latente y se calcula: (3-8) Siendo HF la entalpía de la alimentación, HV la entalpía del vapor saturado en las condiciones de la alimentación y HL la entalpía del liquido saturado en las condiciones de la alimentación. Por tanto, la recta de operación de la etapa de alimentación se define como: ( ) ( ) (3-9) Esta recta se representa por:  Dos puntos (ZF, ZF) y (ZF/q,0)  Un punto (ZF, ZF) y una pendiente (q/(q-1)) Si no se especifica nada se presupone que la alimentación se realiza en la posición óptima ya que garantiza un menor número de etapas. Y esto se encuentra donde se produce el cambio de la zona de enriquecimiento a la de agotamiento. Si la separación está colocada en un lugar incorrecto tengo platos inservibles y esto implica que no separo lo máximo posible. [16] 3.3.1.4 Cálculo del número de etapas A continuación se van a reflejar los parámetros del diseño en estudio y se va a mostrar el cálculo de etapas en el diagrama de equilibrio x-y. Este diagrama es una representación gráfica a presión constante de la fracción molar del componente más volátil en estado líquido (x) frente a la fracción molar del componente más volátil en estado vapor (y). Rectas de operación: ROE, ROA y q Como ya se ha redactado anteriormente para la construcción de la ROE se precisan dos puntos. En este caso esos puntos toman los siguientes valores.  ( ) ( )  ( ( )) = (0, 0,12) El valor de R se ha obtenido calculando primero el valor de Rmin que es el reflujo en el que para conseguir la separación completa se necesitarían infinitas etapas. Se define como el valor del reflujo a partir del cual no es posible la separación requerida, es decir, a partir de este valor los valores que se encuentran por debajo no es posible llevar a cabo la separación. Esto implica que ( ) tiene el valor más elevado posible cuando R = Rmin. En la gráfica se muestra el cálculo de Rmin y seguidamente el cálculo de R. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 55 Para ello se necesita conocer la recta q y la ROE. En este caso el parámetro q se ha considerado que tiene el valor 1, por tanto significa que la alimentación entra como líquido saturado. Puntos de la recta q:  (Zf, Zf) = (0,016, 0,016)  ( ) = (0,016, 0) Figura 3-17 Cálculo del reflujo mínimo El punto ( ) se conoce como la intersección entre la recta q, la ROE y la curva de equilibrio. En este caso se obtiene un valor de 0,135 por tanto el valor de Rmin es 1,74. Para conocer el valor del reflujo R en el diseño se ha multiplicado el valor de Rmin por un factor cuyo valor es 1,2. Que daría lugar al reflujo óptimo. El valor de dicho factor se obtiene de la gráfica que se expone a continuación. Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 56 56 Figura 3-18 Obtención del factor para cálculo del reflujo (Apuntes, 2018) Una vez conocido Rmin y el factor de multiplicación se obtiene que el valor de R es igual a 2,08. Para poder calcular el número de etapas falta conocer el valor de la ROA. Su punto (XB, XB) es igual a (0,0003, 0,0003) y el otro punto es la intersección de ROE y q, como se ha señalado previamente. El resultado final obtenido es de 10 etapas de equilibrio = 9 platos + 1 hervidor. La gráfica obtenida tras la triangulación se muestra a continuación en la Figura 3-19. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 57 Figura 3-19 Cálculo del número de etapas de equilibrio Figura 3-20 Ampliación de las etapas de equilibrio que forman la zona de agotamiento Debido a la proximidad de las rectas de operación con la curva de equilibrio este método se hace poco preciso como se puede observar, sobre todo para realizar el cálculo del número de etapas. Este acercamiento se debe a la concentración y a la energía de la corriente de alimentación. La etapa óptima de alimentación tiene lugar en la etapa 3 (empezando por la cabeza de la torre) porque es donde se produce el corte de las tres rectas de operación, pero existe cierta dificultad para observar este hecho. Para comprobar los resultados se va a hacer una simulación en el programa Aspen Plus. De esta forma se van a Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 64 64 Figura 3-23 Datos de partida del modelo RADFRAC en Aspen Plus Si se observa, en la parte superior de la imagen existen otras pestañas, por tanto se van a especificar las variables a introducir en la siguiente a la pestaña Configuration ya que esa ha sido la que se ha especificado con los datos de los párrafos anteriores. Prestando atención a la que indica el nombre de Stream, los datos a introducir son los siguientes: el número de etapas entre las que se realiza la alimentación y de qué etapas se obtienen productos, en este caso destilado y cola. Según el modelo simulado previamente la etapa de alimentación ocurre en la número 5, por tanto como el modelo Radfrac comienza a contar por el condensador, que es total y no es una etapa de equilibrio hay que especificar que la alimentación se realiza en la etapa 6 y elegir la opción On-Stage. Esta opción se emplea porque indica que la alimentación se realiza en la propia etapa de alimentación. Si por el contrario se eligiese otra opción que permite Aspen denominada Above-Stage se indicaría que la alimentación se realizaría entre la etapa de alimentación y la superior. Además, se suele emplear la opción On-Stage cuando la alimentación es totalmente líquida como ocurre en el caso de estudio. Las corrientes de productos se colocan de manera correcta de forma automática por el simulador, siendo la número 1 el condensador y la 9 el hervidor. La imagen de esta pestaña en el simulador es la siguiente: Figura 3-24 Datos de partida alimentación y productos en el modelo RADFRAC En las siguientes pestañas como se muestra en la Figura 3-24 se introducen los datos relacionados con la presión que ya se conoce que su valor es 0,1 bar, el condensador y reboiler. Una vez que ya se han indicado todos estos datos, se procede a la simulación y se obtienen los resultados de la misma. La primera comprobación que se va a realizar es el balance de materia, para ver si siguen presentando los Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 65 mismos valores o muy parecidos a los del método de McCabe-Thiele. Los resultados se muestran en la Tabla 3-12. Tabla 3-12 Balance de materia RADFRAC Como se ve los datos del balance de materia siguen siendo muy parecidos, por tanto se puede indicar que es una buena decisión para realizar el diseño completo de la columna. La pequeña diferencia que existe entre uno y otro se puede comprobar calculando el rendimiento de este nuevo diseño y comparándolo con el anterior. En este caso el resultado que se obtiene es un rendimiento del 99,41 % y presenta un error relativo con el anterior de un 1,26 %. Esto indica que la variación de este diseño con el manual es pequeña y que por tanto los datos que se van a emplear para calcular las dimensiones de la columna en los próximos puntos van a ser los aportados por esta simulación de Aspen Plus, operando así con un rendimiento mayor al calculado previamente. Una vez que se conoce que el diseño se puede llevar a cabo con este modelo la selección final se muestran en la Tabla 3-13 los resultados finales del diseño llevado a cabo en Aspen Plus y sus diferencias frente al prediseño. Tabla 3-13 Diferencias entre modelo Aspen Plus y prediseño Aspen Plus McCabe-Thiele Reflujo mínimo 3,90 1,74 Relación de reflujo total 4,68 2,08 Número de etapas de equilibrio 8 10 Etapa de alimentación 5 3 Alimentación Destilado Cola Aspen Plus McCabe- Thiele Aspen Plus McCabe- Thiele Aspen Plus McCabe- Thiele Caudales molares (kmol/h) Agua 1,055 1,055 0,028 0,029 1,026 1,026 Etanol 0,017 0,017 1,69E-02 1,68E-02 2,77E-04 3,17E-04 Caudal molar total (kmol/h) 1,072 1,072 0,045 0,046 1,027 1,026 Caudal másico total (kg/h) 19,794 19,789 1,290 1,293 18,504 18,496 Caudal volumétrico total (l/min) 0,341 0,333 0,025 0,025 0,317 0,308 Fracciones molares Agua 0,984 0,984 0,628 0,631 1 0,999 Etanol 0,016 0,016 0,372 0,369 2,68E-04 3,09E-04 Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 66 66 Con la Tabla 4-13 se vuelven a apreciar diferencias entre el diseño de Aspen Plus y el prediseño realizado de forma manual, esto muestra lo difícil que es llevar a cabo un diseño manual con gran precisión. A continuación, se van a comentar otros datos relevantes del diseño que ha sido finalmente seleccionado. En primer lugar se muestra el perfil de temperatura que presenta la columna en diseño. Para ello en la Figura 3-25 se va a exponer una gráfica que represente la variación de temperatura con respecto a las diferentes etapas. Comentar que la temperatura del vapor y el líquido es la misma en toda la torre ya que se alcanza el equilibrio en cada etapa. Figura 3-25 Perfil de temperatura en la torre En esta gráfica se puede observar que la temperatura entre la etapa 5 donde se produce la alimentación no es muy diferente a 42 ºC (temperatura que presenta la mezcla al entrar en la columna) y esto demuestra que el requisito empleado para seleccionar la presión de operación ha sido correcto, ya que interesa que la alimentación entre a una temperatura similiar a la de la etapa de alimentación. Otro factor que se observa es que la temperatura va aumentando mientras aumentan las etapas, siendo el valor más elevado en el fondo de columna y el menos elevado en cabeza de columna, hecho que debe ocurrir en una operación de destilación. También se puede comprobar cómo varía la volatilidad a lo largo de la columna, factor importante en la operación de separación, ya que se define como la comparativa de la tendecia de un compuesto y otro a cambiar de fase, es decir cómo de fácil pasa A de líquido a vapor con respecto a B. Este factor es función de la presión de vapor de cada componente y de las concentraciones en cada fase (líquido y vapor). La separación en destilación solamente es posible si , calculándola respecto al componente más volátil. Si no se puede llevar a cabo la separación. Se calcula como: (3-11) La gráfica que se va a representar en la Figura 3-26 muestra como va cambiando la volatilidad a lo largo de las diferentes etapas de la columna. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 67 Figura 3-26 Variación de la volatilidad relativa en las diferentes etapas Como se puede apreciar la volatilidad relativa es superior a 1 durante todo el proceso de separción, lo que indica que se puede llevar a cabo la operación de destilación en las condiciones impuestas y entre las sustancias con las que se está trabajando. Además, se ve que en las zonas de enriquecimiento y agotamiento existe bastante pendiente, lo que indica que los componentes se separan de forma apreciable de una etapa a otra. Por el contrario, en las etapas cercanas a la alimentación la separación que se produce entre componentes no es elevada ya que la volatilidad permanece prácticamente constante, lo que indica que las composiciones de ambos componentes permanecen prácticamente constantes. Comentar además, que en esta gráfica se observa que la mejor separación se va a llevar a cabo en la zona de agotamiento ya que la volatilidad alcanza su valor más elevado. A continuación, antes de finalizar este subcapítulo se va a comprobar que la alimentación está colocada en su punto óptimo y que no hay que realizar ninguna variación. Para ello, se va a hacer uso de una gráfica en la que se representa en el eje de abcisas el número de etapas, siendo la número 1 la cabeza de torre, y en el eje de ordenadas el logaritmo del factor de separación. Este factor se define como la relación entre la composición en fase líquida de un compuesto respecto a otro a lo largo de la columna. (3-12) Donde, XLk hace referencia a la fracción molar del componente ligero (etanol en el caso de estudio) y XHk a la fracción molar del componente pesado (agua). El aspecto de este gráfico variará en función del valor que tome el ratio de reflujo. Dicho ratio se define como el cociente entre el reflujo de operación y el reflujo mínimo. (3-13) Por un lado, Fenske demostró que si se opera a reflujo total el logaritmo del factor de separación depende linealmente del número de etapas. Esto se traduce en que, en caso de trabajar con un elevado ratio de reflujo, la gráfica debe mostrar una pendiente aproximadamente constante. Por otro lado, y como es en el caso que nos atañe, se ha demostrado que a medida que se disminuye el ratio de reflujo, la gráfica sufre un aplanamiento en la zona próxima a la alimentación, volviendo a mantenerse Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 68 68 aproximadamente constantes las pendientes en la zona de enriquecimiento y de agotamiento. (Kister, 1992) A modo de ilustración se expone la Figura 3-27. Figura 3-27 Ejemplo de lo que debe ocurrir en la representación del logaritmo del factor de separación frente al número de etapas en función del ratio de reflujo (Kister, 1992) A continuación, se va a exponer en la Figura 3-28 la representación obtenida en el caso que se está diseñando, para comprobar así si la alimentación se ha colocado en el lugar adecuado. R/Rmin=2,66 R/Rmin=1,40 Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 69 Figura 3-28 Diagrama para las condiciones de operación Tras obsevar la Figura 3-28 y teniendo en cuenta los conceptos descritos previamente, se constata que la etapa de alimentación está ubicada en el lugar adecuado. Además, comentar que a diferencia de la Figura 3-27 en la Figura 3-28 se puede apreciar que el logaritmo del factor de separación toma valores negativos. Esto se debe a que en la columna que se está estudiando la fracción molar del componente pesado en el líquido es mayor que la del componente ligero (XLk < XHk). Por útlimo, una vez que se han comentado y verificado varios aspectos importantes referentes a la operación de destilación, como conclusión se van a exponer todos los datos del diseño que se va a realizar, incluyendo los datos que hacen referencia al condensador y al reboiler, los cuáles no se han citado anteriormente. Tabla 3-14 Diseño final simulado en Aspen Diseño final Reflujo mínimo 3,90 Reflujo total 4,68 Número de etapas de equilibrio 7 etapas de equilibrio + 1 hervidor Etapa de alimentación 5 Calor intercambiado por el condensador (kW) -3,30 Temperatura de operación del condensador (ºC) 31,38 Calor intercambiado por el reboiler (kW) 3,38 Temperatura de operación del reboiler (ºC) 45,74 Zona de alimentación Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 70 70 Antes de terminar este punto, resaltar que el valor de Reflujo minimo (y por tanto, de reflujo total) hallado a través de Aspen Plus y el calculado mediante McAbe-Thiele, presentan valores lo bastante diferentes como para ser realizado un análisis en base a ello. De este modo, en el siguiente punto del actual capítulo se expondrán las comprobaciones y medidas tomadas para llevar a cabo el comentado análisis. 3.4.2.3 Análisis del reflujo mínimo En este apartado se van a mostrar una serie de análisis que se han llevado a cabo debido a la diferencias de valores que presenta el reflujo mínimo calculado por el simulador y calculado empleando el método manual.Demostrándose finalmente que los valores obtenidos por el modelo sencillo de Aspen son los idóneos para realizar el diseño completo de la columna. En primer lugar se ha pensado que esta diferencia podría existir por la diferencia de entalpías empleadas para calcular el valor del parámetro q. Por tanto, una vez simulado el modelo RADFRAC se han tomado los valores de las entalpías que proporciona el simulador y se ha calculado de nuevo el valor de parámetro. El resultado obtenido es el mismo que el del diseño manual, q=1 (líquido saturado) y por consiguiente, se ha rechazo que la diferencia se deba a este factor. En segundo lugar lo que se ha realizado es simular el modelo avanzado RADFRAC imponiendo la relación de reflujo, el número de etapas y la etapa de alimentación obtenidos por McCabe-Thiele. Se observa que no existe una gran diferencia en el balance de materia global, pero el cambio que se aprecia es un aumento en la cantidad de etanol obtenida por cola y esto no interesa que ocurra porque no cumple los requisitos del producto final. El resultado se muestra en la Tabla 3-15. También se ve que al operar con estas condiciones el rendimiento desciende a 97,64 %. Por estos motivos, ya se se podría descartar que el valor de reflujo mínimo 1,74 sea el más adecuado para llevar a cabo el diseño. Tabla 3-15 Comparación del balance de materia global Alimentación Destilado Cola Aspen Plus McCabe- Thiele Aspen Plus McCabe- Thiele Aspen Plus McCabe- Thiele Caudales molares (kmol/h) Agua 1,055 1,055 1,055 0,029 1,026 1,026 Etanol 0,017 0,017 1,66E-02 1,68E-02 5,05E-04 3,17E-04 Caudal molar total (kmol/h) 1,072 1,072 1,072 0,046 1,026 1,026 Caudal másico total (kg/h) 19,795 19,789 19,789 1,293 18,507 18,496 Caudal volumétrico total (l/min) 0,341 0,333 0,333 0,025 0,317 0,308 Fracciones molares Agua 0,984 0,984 0,984 0,631 1,00 0,999 Etanol 0,016 0,016 0,016 0,369 4,92E-04 3,09E-04 Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 71 Sin embargo, antes de descartar esta opción en este estudio, se va a realizar una comprobación adicional, se va a representar el diagrama del logaritmo del factor de separación frente al número de etapas para verificar si en este caso se cumplen los requisitos comentados en el subcapítulo anterior, debido a que el ratio reflujo impuesto es también de 1,2. Recordar que la etapa de alimentación es la número 3. Figura 3-29 Diagrama del logaritmo del factor de separación frente al número de etapas imponiendo una relación de reflujo de 2,08 Observando esta gráfica se puede certificar que el valor de reflujo mínimo de 1,74 no es el valor más adecuado para llevar a cabo esta operación ya que la Figura 3-29 no presenta el aspecto deseado tal y como se mostraba en la Figura 3-28. Finalmente, tras observar que imponiendo las condiciones de reflujo mínimo obtenido por el método de McCabe-Thiele no se obtienen los resultados esperados y que la alimentación en cualquiera de los casos sigue entrando como líquido saturado, se va a realizar un análisis de sensibilidad con el objetivo de verificar que el valor de reflujo mínimo aportado por el modelo sencillo de Aspen Plus es el adecuado para llevar a cabo el diseño de la columna. Un análisis de sensibilidad estudia el comportamiento del sistema dando valores a una serie de variables. En este caso, se ha tomado como variable objeto la recuperación del componente ligero en el caudal de destilado, siendo este valor el rendimiento del equipo y como variables de análisis se han seleccionado el reflujo mínimo y la composición molar del etanol en el caudal de cola. Como se sabe, la composición molar del etanol en cola decrece a medida que aumenta la recuperación del componente ligero por cabeza de torre. En cambio, el reflujo mínimo incrementa su valor a medida que se amplifica el valor de la recuperación del componente ligero. Conocida esta dependencia, se quiere analizar qué valor debe tomar la recuperación de etanol para garantizar que la fracción molar de etanol obtenida por cola sea igual o próxima a 3,09E-04, cumpliéndose el objetivo del diseño. Y conocido este valor, determinar el reflujo mínimo que será necesario. A continuación se van a mostrar una relación de resultados del análisis de sensibilidad. Zona de alimentación Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 72 72 Tabla 3-16 Resultados del análisis de sensibilidad Recuperación del componente ligero Fracción molar de etanol en cola Reflujo mínimo 0,63 6,11E-03 2,13 0,68 5,26E-03 2,40 0,73 4,42E-03 2,67 0,79 3,57E-03 2,93 0,84 2,72E-03 3,19 0,89 1,87E-03 3,45 0,94 1,02E-03 3,70 0,98 3,09E-04 3,91 0,99 1,67E-04 3,95 En la Tabla 3-16 se representa solamente una pequeña porción de los resultados del análisis de sensibilidad, ya que el análisis completo es muy extenso. Como se muestra en dicha tabla, se cumple la dependencia entre variables descrita previamente, y para visualizarlo de forma más clara se van a exponer las gráficas obtenidas al representar todos los puntos que forman el análisis en la Figura 3-30 y 3-31. Figura 3-30 Dependencia de la recuperación del componente ligero con respecto a la fracción molar de etanol en cola . 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 Recuperación del componente ligero Fracción molar de etanol en cola Recuperación del componente ligero- Fracción molar de etanol en cola Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 73 Figura 3-31 Dependencia de la recuperación del componente ligero con respecto al reflujo mínimo Por último, como resultado final se va a mostrar la Figura 3-32 , la cual muestra una gráfica conjunta en la que se representan las dos varibales de análisis y la variable objeto. De dicha gráfica se obtendrán los valores buscados y se comprobará si el valor de reflujo mínimo impuesto por el modelo sencillo de Aspen es correcto para llevar a cabo el diseño, o si por el contrario habría que realizar de nuevo la simulación en RADFRAC indicando otro valor de reflujo mínimo. 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 Recuperación del componente ligero Reflujo mínimo Recuperación del componente ligero- Reflujo mínimo Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 80 80 Es por ello que se realiza el diseño a un 50-80 por ciento de la velocidad de inundación, ya que esto proporciona un margen suficiente para permitir las incertidumbres asociadas a este concepto y la predicción del punto de inundación. Además, se toma esta medida para alejar el diseño de la región en la que la eficiencia disminuye rápidamente. (Kister, 1992) En este caso se va a comprobar lo que ocurre aplicando un porcentaje del 60 % y del 80 %. Finalmente, una vez conocido el punto de corte del eje x con la curva de inundación se conoce el valor del eje y que se compone de los parámetros mostrados en la Ecuación 3-14. ( ) (3-16)  : hace referencia a la viscosidad del liquido y se expresa en kg/ms  : es una constante empírica que señaliza el factor de relleno y se ha obtenido de bibliografía.  : es la densidad del gas expresada en kg/m3  : densidad del liquid en kg/m3  : es un factor de conversion y su valor es 1  : es la velocidad superficial del gas en el punto de inundación (kg/m2s)  : es la constante gravitacional y en este caso vale 1 m/s2 Conociendo el eje y se despeja el valor de la velocidad supercial del gas en el punto de inundación, se multiplica por el factor de seguridad 0,6 ó 0,8 para evitar la inundación, obteniéndose así el caudal de operación y con este caudal y el caudal másico en kg/s de la etapa en estudio se calcula el área transversal de la torre. Con este área ya se puede obtener el valor del diámetro de diseño. Todo el procedimiento que se ha descrito se va a realizar en la etapa 6 de la torre que se está diseñando, la primera que aparece en la sección de agotamiento. Se decide realizar el cálculo en dicha etapa debido al gran caudal de líquido que presenta (el mayor de toda la columna), siendo este caudal el determinante a la hora de realizar el diseño del equipo ya que el caudal de gas permanece prácticamente constante a lo largo de toda la columna como se observa en la Tabla 3-18. A continuación se muestran los resultados obtenidos. Paso 1: Resultados del parámetro FLV, con una temperatura de 44,58 ºC y una presión de 0,1 bar. Tabla 3-18 Parámetro FLV etapa 6 Caudal de líquido (kg/h) 23,718 Caudal de gas (kg/h) 5,456 Densidad del gas (kg/m3) 0,075 Densidad del líquido en (kg/m3) 971,18 FLV 0,038 Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 81 Paso 2: Corte con la gráfica. Figura 3-37 Corte de FLV con inundación en la etapa 6 Paso 3: Cálculo del diámetro para varios tipos de relleno, como se ha comentado previamente y con diferente factor de seguridad para evitar la inundación. Tabla 3-19 Diámetro requerido en la etapa 6 para el 60 y 80 % de inundación 60 % inundación 80 % inundación Rellenos aleatorios Relleno estructurado Rellenos aleatorios Relleno estructurado Pall ring Pall ring Koch Sulzer BX Pall ring Pall ring Koch Sulzer BX diámetro 50 mm diámetro 15 mm diámetro 50 mm diámetro 15 mm Cf 89 230 69 89 230 69 Ɛ 0,919 0,894 0,96 0,919 0,894 0,96 FLV 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 µ (kg/ms) 6,17E-04 6,17E-04 6,17E-04 6,17E-04 6,17E-04 6,17E-04 J 1 1 1 1 1 1 gc 1 1 1 1 1 1 Valor eje y (inundación) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 G´ inundación (kg/m2s) 0,718 0,446 0,815 0,718 0,446 0,815 G´ operación (% inundación) 0,431 0,268 0,489 0,574 0,357 0,652 Área transversal (m2) 0,004 0,006 0,003 0,003 0,004 0,002 Diámetro (m) 0,067 0,085 0,063 0,058 0,074 0,054 Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 82 82 Una vez observados los resultados se llega a la conclusión de que emplear el relleno Pall ring de 50 mm no es adecuado debido a que si se presta atención al valor de diámetro que se necesita para emplear este tipo de relleno sólo sería posible introducir un anillo de este tipo, pues sus dimensiones son muy similares a las del diámetro de la torre. Por tanto, con este hecho no sería posible llevar a cabo una buena operación de la torre, lo que implica que es una opción no válida. Por consiguiente, las posibles opciones que quedan son rellenos aleatorios tipo Pall ring de 15 mm o rellenos estructurados. Observando los resultados se ve que el diámetro de torre requerido empleando anillos aleatorios es mayor, esto implica un mayor costo del equipo en cuanto a dimensiones. Sin embargo, el coste del relleno estructurado es más elevado que el coste del relleno aleatorio. Como ambos tipos encarecen el costo de la columna de una forma u otra y hay que seleccionar uno de los dos para llevar a cabo la operación se va a optar por el relleno estructurado Koch Sulzer BX. Se decide tomar esta decisión porque este tipo de relleno son recomendados para sistemas que operan a vacío, ya que garantizan una baja pérdida de carga (hecho que es importante en el diseño que se está llevando a cabo ya que se ha considerado despreciable). Una vez decidido el tipo de relleno a utilizar sólo quedaría seleccionar el factor de seguridad que se va a emplear para evitar la inundación en la columna. Viendo la diferencia de tamaño de diámetro que presenta cada una hay que decir que son muy similares, diferenciándose solamente en 1 cm. Por tanto, como criterios de selección se va a calcular la velocidad superficial del gas en ambos casos y se va a escoger la que tenga una velocidad más próxima a 1 m/s. Este valor es recomendado para realizar el diseño, ya que es un buen compromiso entre costes de impulsión del gas y de inversión de la columna. Las ecuaciones a emplear son las siguientes: ( ) ( 2) ( ) (3-17) Siendo Q el caudal volumétrico en la etapa 6, Ap el área de paso y v la velocidad superficial del gas. Para conocer el área de paso se realiza empleando la Ecuación 3-18. ( 2) ( 2) (3-18) Donde AT es el área transversal real obtenida en el cálculo del diámetro y Ɛ es la porosidad de los rellenos. Tabla 3-20 Cálculo de la velocidad superficial del gas 60 % inundación 80 % inundación Caudal de gas (m3/s) 0,0201 0,0201 Área transversal real (m2) 0,0031 0,0023 Área de paso (m2) 0,0028 0,0021 Velocidad (m/s) 6,75 9 Realizada esta comprobación se va a elegir un porcentaje de seguridad para la inundación del 60 % debido al criterio de diseño que se ha comentado anteriormente. Así, se obtiene finalmente un tamaño de diámetro de 6,3 cm, pero por seguridad se va a emplear un valor de 7 cm, el cual va a reducir aún más la velocidad superficial del gas.Antes de finalizar este punto, comentar que en el siguiente subcapítulo se va a proceder al cálculo de la altura de la torre y una vez que se ha conocido este dato para comprobar si los cálculos se han realizado de forma más o menos precisa, se ha procedido a realizar el cálculo del diámetro mediante Aspen Plus. Se ha empleado el mismo tipo de relleno, Sulzer BX y el valor que se ha obetenido es de 6 cm muy similar al hallado anteriormente. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 83 3.4.5 Cálculo de la altura de la torre Para el cálculo de la altura de la torre se va a emplear el concepto de la altura equivalente a una etapa teórica (HETP), el cual fue introducido para permitir la comparación de la eficiencia entre una columna de platos y de relleno. Por tanto, se puede definir como la altura de relleno en una columna de destilación que da el mismo cambio de composición de la fase líquida que da un plato teórico, logrando así la comparación entre ambas columnas. (Duarte, 2018) Esta magnitud se puede determinar como: ( - ) Siendo H la altura total de la columna y n el número de etapas teóricas. Los factores que afectan a este parámetro cuando existe una buena distribución del líquido y del gas son el tipo y la forma del relleno, la viscosidad del líquido y la tensión superficial. Sin embargo, en rellenos estructurados también se puede ver afectado por la presión si se opera a elevada presión y la carga de vapor y líquido presente en la columna. Para predecir el valor de HETP comúnmente se suelen emplear tres formas de calcularlo, una se basa en modelos de transferencia de masa, otra en las reglas del pulgar y la último se basa en una interpolación de datos.En el caso a estudiar se va a emplear una de las reglas del pulgar propuesta por Kister, sin embargo se van a comentar ligeramente en qué consiste cada uno de los métodos que se han citado. Si se quiere hallar el valor a través de los modelos de transferencia de masa se suele emplear la correlación de Bravo and Fair, la cual se basa en el modelo de la doble película, que asume resistencia a la transferencia de masa tanto en fase líquida como fase gas. La correlación trata el coeficiente de transferencia de masa de forma independiente del área interfacial, y tiene en cuenta los efectos de la humectación parcial. Existen diferentes correlaciones si se tratan rellenos aleatorios o rellenos estructurados. Las reglas del pulgar suelen ser más empleadas a la hora de calcular el valor de HETP que el anterior, ya que ha sido la experiencia del autor la que ha hecho que las reglas generales sean más precisas y y más confiables que el modelo de la transferencia de masa. Comentar que existen multitud de reglas en función del servicio, la presión de la columna y las propiedades físicas del relleno. La interpolación de datos experimentales es el mejor método para calcular el valor de HETP ya que es el más seguro y confiable dentro de todas las formas que hay. Sin embargo, se recomienda calcular el valor a través de datos experimentales, pero compararlo siempre con una regla general para asegurar el resultado. Hay que tener en cuenta que existe un prerrequisito para llevar a cabo este procedimiento es estar familiarizado con los factores que afectan al valor de HETP. (Kister, 1992) Una vez comentada ciertas propiedades generales referidas al cálculo de HETP, se va a proceder a calcular la altura de la torre en diseño. Para comenzar a describir el procedimiento de cálculo se va a mostrar la correlación que se va a emplear, fue propuesta por Kister como se ha citado anteriormente y puede ser empleada cuando se usan rellenos estructurados, cuando la presión de operación es baja o moderada y con líquidos que presentan baja viscosidad. La relación de cálculo es la siguiente: (Henley, y otros, 2011) ( ) ( ) 2 ( - ) Donde HETP se expresa en pies y a es el área interfacial por unidad de volumen del relleno empleado. En este caso el valor de a se ha obtenido del simulador Aspen Plus y tiene un valor de 492 m-1, que corresponde con un valor de 150 ft-1, para el tipo de relleno Sulzer BX. Sustituyendo los valores en la Ecuación 4-16 se obtiene un valor de HETP igual a 1 ft, expresado en metros equivale a 0,3048 m. Como factor de seguridad cuando se opera a vacío se recomienda aumentar este valor un 10%, por tanto el valor final es 0,335. (Kister, 1992) Finalmente para calcular el valor de la altura total de la torre se emplea la Ecuación 4-15 y teniendo en cuenta que se han obtenido 8 etapas teóricas en el diseño, se obtiene un valor de altura de torre de 2,68m ~2,7 m. Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 84 84 Para verificar la validez del tamaño se ha comprobado si la pérdida de carga en la torre se ha mantenido en un rango de valores bajos, para así poder considerarla despreciable. Dicha comprobación se ha realizado en el simulador Aspen Plus introduciendo todos los datos de diseños que ya se conocen. El mayor valor que se ha obtenido se produce en la etapa 6 y tiene un valor de siendo 0,003 bar, esto supone una pérdida de presión del 3% respecto a la presión de trabajo. Por tanto, se puede considerar que el efecto que tiene la pérdida de carga sobre la presión de trabajo es reducido y es por ello que puede no tenerse en cuenta en el diseño. Con las comprobaciones realizadas se da por finalizado el diseño de la columna de destilación, la cual va a presentar una altura de 2,7 m y un diámetro de 0,07 m. Finalmente, para terminar con el diseño de la planta de desalcoholización se van a seleccionar de catálogos de fabricantes los equipos auxiliares que terminan de componer su totalidad. 3.5 Selección de equipos auxiliares En este apartado se van a seleccionar de fabricantes el resto de equipos que componen la planta, como son el intercambiador de placas, la bomba de vacío (eyector), y los tanques de almacenamiento. 3.5.1 Intercambiador de calor Como ya se ha comentado previamente, el intercambiador de calor debe ser de placas, por ello se ha buscado un sistema en el que sea posible eliminar el CO2 presente en la cerveza calentada. Tras documentarse se ha optado por un intercambiador unido a un separador. Este equipo es fabricado por la empresa GEA y puede operar con las condiciones que el usuario desee. La forma que presenta se muestra en la Figura 3-38. Figura 3-38 Intercambiador de placas más separador (Gea, 2018) Como se puede ver el número 3 hace referencia al intercambiador de calor de placas, cuyo funcionamiento se ha explicado previamente. La entrada número A corresponde a la cerveza con alcohol previa a su calentamiento, la entrada número D es la correspondiente al vapor de calefacción, el cual va a salir por la salida número C cuando ceda calor y sea condensado, la salida número B corresponde a la cerveza con alcohol ya calentada a 42ºC de temperatura y es la que se va a dirigir hacia la torre de destilación una vez que pase por el equipo número 1 que hace referencia al separador. En el separador todo el vapor presente en la cerveza calentada va a salir por la salida representada por la letra E. En esta corriente va a ir todo el CO2 debido a que a la temperatura de operación del intercambiador este compuesto va a sufrir un cambio de estado y a la salida únicamente va a estar presente en fase gaseosa. Finalmente, citar que el equipo número 2 es un pequeño Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 85 preseparador que se puede abrir en caso de fallo del equipo o si se desean tener dos corrientes de salida. El funcionamiento del equipo es el siguiente: el producto y el fluido calefactor se alimentan a contracorriente cada uno en sus canales correspondientes. La transferencia de calor entre ambos se produce de forma óptima y con ayuda de las fuertes turbulencias que generan el estampado especial de las placas. Una vez producido el intercambio de calor la mezcla llega al separador y los vapores se separan del líquido. Como propiedades especiales de este equipo se pueden citar las siguientes: - Uso de diferentes medios de calentamiento. Debido a la geometríade la placa es posible calentar con agua caliente y vapor. - Alta calidad del producto gracias a una evaporación especialmente suave y uniforme en el funcionamiento de un solo paso. - Se puede adaptar a espacios pequeños, que es lo que interesa en el caso que se está estudiando. Esto es posible gracias a su diseño compacto, a que los cables de conexión son cortos y baja altura total (como máximo de 6 a 4 metros). - La instalación de conexión es fácil y corta, se hace a través de unidades premontadas y transportables. - Rendimiento de evaporación flexible, agregando o quitando placas. - Mantenimiento y limpieza fácil. Este equipo también ha sido seleccionado porque se emplea para tasas de evaporación pequeñas o medianas (el caudal a tratar es pequeño), con líquidos que están ligeramente contaminados con sólidos disueltos y no son propensos a la contaminación, como es el caso que se está analizando y finalmente porque se emplea con productos que son sensibles a la temperatura, como ocurre en el caso de la cerveza, ya que no se desea que se alteren sus propiedades organolépticas. (Gea, 2018) 3.5.2 Eyector El eyector es el equipo que se encarga de realizar el vacío en el sistema.Se ha seleccionado este equipo como bomba de vacío porque es muy utilizado en equipos de destilación y por las numerosas ventajas que presenta, algunas de ellas son las siguientes:  Carecen de partes móviles.  No precisan mantenimiento.  Trabajan con todo tipo de fluidos gases, vapores, líquidos, soluciones, suspensiones con sólidos.  Fiabilidad en el funcionamiento mantenida por años.  Permiten ser instalados en cualquier posición.[35] Dentro de todos los tipos que existen elegir el modelo SEP VH 2 16 22 S de la empresa Schmalz por las propiedades que pesenta, las cuáles se comentan a continuación. Por un lado, tiene la capacidad de realizar una alta depresión, su grado máximo de evacuación es del 90%, por tanto es capaz de lograr de reducir la presión hasta 0,1 bar como se desea en el sistema y su caudal de aspiración máximo está dentro del rango de oepración. Además también se ha escogido este equipo porque en su diseño presenta una válvula de seguridad por si existe algún problema en la operación del proceso. Por otro lado, este eyector se integra fácilmente en cualquier lugar donde se requiera su uso, ya que tiene un reducido tamaño y su peso es muy pequeño. En suma, tiene gran resistencia a la suciedad y su portatobera está compuesto de una sola pieza lo que permite contar con largos intervalos de servicio y permite realizar una limpieza rápida, sencilla y sin herramientas. Todo esto facilita su uso en instalaciones pequeñas. (SCHMALZ, 2018). Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 86 86 El aspecto que presenta y sus medidas se muetran en la siguiente imagen. Figura 3-39 Datos Eyector (SCHMALZ, 2018) 3.5.3 Tanques de almacenamiento Los tanques de almacenamiento tanto de la cerveza con alcohol como de la cerveza procesada sin alcohol se van a seleccionar con el mismo tamaño. El dimensionamiento se ha realizado a partir del caudal de entrada que es el mayor. Por tanto, si se procesan 20 l/h y se trabaja durante 8 horas al día se necesitaría como mínimo un tanque de 160 litros. Sin embargo, se va a seleccionar uno de tamaño un poco mayor, para tener la seguridad de que se va a poder llevar a cabo la jornada de trabajo de forma continua y para amortiguar posibles incrementos de la demanda. El tanque elegido es el modelo FCG con puerta comercializado por la empresa Magusa especializada en la fabricación de equipos dirigidos a la industria vinícola y cervecera. Dicho tanque va a tener una capacidad de 300 litros, su diámetro es de 620 mm y su altura de 1410 mm. Está construido de acero inoxidable AISI 304 y dispone de patas y camisa. Las dotaciones de servicio que presenta son las siguientes:  Puerta redonda con 300 mm de diámetro.  Kit neumático.  Flotador numático  Válvula de presión de vacío de plástico  2 válvulas de bola inox 1” Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 87  3 patas soldadas  Fondo cónico  Regleta de nivel con protección inoxidable. Por útlimo, comentar que el tanque destinado al almacenamiento de cerveza sin alcohol se va a seleccionar con grifo sacamuestra de 3/8 “de acero inoxidable para conocer la calidad del producto antes de salir al mercado. El aspecto que presenta este equipo se muestra en la Figura 3-40. (Magusa, 2017/2018) Figura 3-40 Tanque de almacenaje de cervezas (Magusa, 2017/2018) Para el almacenamiento del destilado (etanol) se va a emplear un tanque mucho menor ya que la producción diaria es de 12 litros. La recogida de etanol se va a realizar en un tanque de acero de capacidad 32 litros proporcionado por la empresa Haléco. Sus dimensiones son 31,5 X 31,5 X 48,7 cm ysu peso es de 3,2 kg. Es un bidón de transporte para que el etanol producido pueda ser llevado hacia cualquier punto de recogida, su aspecto se muestra en la Figura 3-41. (Haléco, 2018) Figura 3-41 Tanque de almacenamiento de etanol (Haléco, 2018) 3.5.4 Bomba de impulsion La bomba se va a utilizar para llevar a cabo la alimentción del proceso. Se ha seleccionado una bomba centrífuga autoespirante muy económica con uso recomenadado en la industria cervecera, la cual opera en dos direcciones, está estandarizada con juntas VITON para líquidos hasta una temperatura máxima de 95 ºC. El caudal máximo que permite es de 1500 litros/h con una altura máxima de 25 m. La potencia que consume es de 0,5 HP, la velocidad de giro es de 2850 rpm, su peso son 6 kg y sus dimensiones son 23 X 12 X 19 cm. Lo que implica que es un equipo muy manejable. Comentar que se ha seleccionado esta bomba de gran caudal porque es la que permite proporcionar caudales más pequeños dentro de las adaptadas a la industria cervecera. Diseño de una planta de desalcoholización de cerveza mediante rectificación continua a vacío en microcervecerías 88 88 El modelo es NOVAX 20 B, distribuida por la empresa Polsinelli y su apariencia se muestra en la Figura 3-42. (Polsinelli, 2018) Figura 3-42 Bomba (Polsinelli, 2018) Una vez comentados y descritos todos los equipos se da por finalizada la fase de diseño de la planta de desalcoholización de cerveza a escala de microcervecerías. Para cerrar este proyecto mencionar que esta propuesta de diseño puede ser variable en función de las necesidades que se requieran, o bien se puede adaptar para lograr diferentes propiedades en el producto final,, bien sean de sabor, de caudal o de grado alcohólico. Sin embargo, antes de terminar, lo que me gustaría resaltar es que como dijo Homer Simpson. (Times, 2017). “La cerveza es la causa y solución de todos los problemas de la vida”. Diseño de una planta de desalcoholización de cervezas en microcervecerías con una producción de 18,5 l/h. 89 4 BIBLIOGRAFÍA Alicante, Universidad de. Métodos aproximados para el cálculo de operaciones de separación multicomponente. Documento redactado por la Universidad de Alicante. [En línea] http://iq.ua.es/MetAprox/33_seleccin_de_la_presin_de_operacin_y_del_tipo_de_condensador.html. Apuntes, Absorción. 2018. Apuntes de clase sobre columnas de absorción. Sevilla : s.n., 2018. Apuntes, Destilación. 2018. Apuntes de Destilación de la asignatura Operaciones de Separación. Sevilla : s.n., 2018. Autor. 2012. Este es el ejemplo de una cita. Tesis Doctoral. 2012, Vol. 2, 13. Autor, Otro. 2001. Otra cita distinta. revista. 2001, pág. 12. Beer, Bemy. 2017. Información sobre la cerveza Chula Sin. [En línea] 12 de Abril de 2017. http://www.bemybeer.com/es/cerveza-artesana-sin-alcohol/. Bompart, María del Valle Soprano. 2008. Tesis Universidad Simón Bolívar . [En línea] Octubre de 2008. http://159.90.80.55/tesis/000146826.pdf. 159.90.80.55. Cañas, Pedro Miguel Izquierdo. 2014. [En línea] Diciembre de 2014. http://pagina.jccm.es/ivicam/investigacion/finalizados/desalcoholizados.pdf. Catarino. 2010. [En línea] 2010. file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/000148656%20(2).pdf. Conetech. Sitio web de Conetech. [En línea] http://www.conetech.es/pages/process_SCCprocess.html. Diquimia. Página docente. Aspen Plus, problema de diseño de una columna de destilación de propanoisobutano. [En línea] Duarte, Francy Alvarado. 2018. Documento redactado para el cálculo de la Altura Equivalente a un Plato Teórico. [En línea] 2018. https://es.scribd.com/doc/147737577/Determinacion-de-la-Altura-Equivalente-a-un- Plato-Teorico. E.Treybal, Robert. 1981. Mass-Transfer Operations. Singapore : McGraw-Hill, 1981. 0-07-065176-0. Gea, Grupo. 2018. Página web de Grupo Gea. [En línea] 2018. https://www.gea.com/de/products/plateevaporator.jsp. GEA, Grupo. 2017. Sitio web de la empresa Gea. [En línea] 2017. https://www.gea.com/es/products/thermaldealcoholization-unit.jsp. Haléco. 2018. Web empresa Haléco. Expertos en medio ambiente y seguridad. [En línea] 2018. http://www.haleco.es/producto/031-532-72-bidon-de-transporte-en-acero-con-tapon/. Hengshui Zhongbao Wire Mesh Co., Ltd. 2018. [En línea] 2018. https://es.made-in- china.com/co_zhongbaowiremesh/image_Metal-Random-Packing-Tower-Filler-Stainless-Steel-304-304L- 316-316L-for-Distillation-Columns_eyoguysey_VnOajiStbQuq.html. Henley, Ernest J. y Roper, J.D.Seader y D.Keith. 2011. Separation Process Principles. Asia : Wiley, 2011. 978-0-470-64611-3. Herrera, Sergio Jesús Navas. 2014. Proyecto fin de Carrera. Control de Columnas de Destilación. [En línea] Enero de 2014. http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/20374/fichero/Portada.pdf. Industry, Direct. 2017. Sitio web Direct Industry. [En línea] 2017. http://www.directindustry.es/prod/apischmidt-bretten/product-39767-1872734.html. Inmateinsa. 2011. Web de la empresa Ingenieria y Materiales Técnicos Industriales, S.A. [En línea] 2011. http://www.inmateinsa.com/sistemas_vacio.html. J.R., Martínez Alvarez, A, Villarino Marín y JM, Cobo Sanz. 2002. Cerveza y Salud. [En línea] Marzo de 2002. http://revista.nutricion.org/hemeroteca/revista_marzo_02/ZCerveza/Cerveza%20sin%20alcohol.PDF.