UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA QUMICA

BALANCE DE MASA EN LA DESTILERA NUEVA

DE LA EMPRESA C. A. RON SANTA TERESA

Por:

Giancarlos J. La Rocca I.

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Qumico

Sartenejas, Junio de 2012

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA QUMICA

BALANCE DE MASA EN LA DESTILERA NUEVA

DE LA EMPRESA C. A. RON SANTA TERESA

Por:

Giancarlos J. La Rocca I.

Realizado con la asesora de:

Tutor Acadmico: Prof. Sabrina Di Scipio.

Tutor Industrial: Ing. Ral Morillo.

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Qumico

Sartenejas, Junio de 2012

iiiiii

ACTA FINAL DE PASANTA

iv

RESUMEN

C. A Ron Santa Teresa (CARST) es una empresa reconocida mundialmente por la produccin de

ron a partir de la fermentacin de melaza. El corazn de la produccin se encuentra en la

Destilera Nueva de CARST, distribuida en Fermentacin, Alambique, Servicios Industriales y

Tratamiento de subproductos. Para conocer la capacidad actual instalada y poder determinar los

equipos que no contribuiran a un aumento de la produccin, surge como objetivo general de este

proyecto la realizacin del balance de materia de las reas de Fermentacin y Alambique que

permitiera conocer los flujos msicos de las corrientes principales. Para ello fue necesaria la

bsqueda de datos e informaciones de planta en manuales y entrevistas a operadores y

supervisores de la Destilera Nueva, as como al maestro ronero de CARST. Adicionalmente, se

hicieron constantes visitas a ambas reas y se registraron medidas experimentales de flujos que

permitieron plantear y resolver las ecuaciones del balance de materia. Como resultados

principales se obtuvieron los flujos msicos para un escenario ideal o terico, donde se

consideraron las condiciones de diseo de los diferentes equipos y procesos; y un escenario real,

apoyado en los flujos actuales presentados en el panel de la Destilera. Todo esto permiti

determinar una eficiencia de la Destilera del 75%, distribuida en 94% para Fermentacin y 65%

para Alambique.

Palabras clave: melaza, fermentacin, destilacin, etanol.

v

DEDICATORIA

Dedico este proyecto, y con l la culminacin de mis estudios en Ingeniera Qumica, a

personas que han caminado conmigo este sendero donde he aprendido y vivido cosas

maravillosas:

En primer lugar lo dedico a mi familia: Mam, pap y hermana. A ellos este pedacito en

retribucin a la persona y profesional que han formado con lgrimas y sonrisas en sus rostros.

ste y todos los logros que pueda conseguir sern siempre de los dos: suyo y mo.

A Adriana Gomes por haberme dado tanto en tan poco tiempo. Aunque tratara de explicar lo

agradecido que estoy contigo me quedara corto. Te dedico este logro, con sus pros y contras,

para uno ms de la lista que compartiremos juntos.

Por ltimo, lo dedico a mis hermanos que se pierden tratando de llegar a Auyama Caf. A

Miguel Nez, Alejandro Gomes y Jess Ramrez, esa familia que he elegido y que ahora escribe

junto a m experiencias que recordaremos el resto de la vida.

A ustedes este logro y mi amor siempre.

vi

AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS

Quiero agradecer en primer lugar a Dios por el don de la vida y poner en mi camino retos que

superar con su ayuda. Con Dios todo, sin l nada.

En segundo lugar a mi familia, que me ha brindado todo el apoyo necesario para salir adelante,

a quienes les debo la persona que soy hoy en da. A ustedes, mi gratitud y amor siempre.

A mis amigos y compaeros de la USB que me ensearon el valor agregado de estudiar en una

prestigiosa universidad con personas de calidad humana excepcional. En particular quiero dar

gracias a esos hermanos de ASEIQ-USB, parte tambin de mi familia.

De manera especial quiero agradecer a la profesora Sabrina Di Scipio por su disposicin y voto

de confianza al aceptar tutorar este proyecto. Sus consejos y correcciones con mano amiga a

travs de diferentes materias en la USB me han permitido conocer al gran profesional que es.

Finalmente, y no en orden de importancia, al personal de C. A. Ron Santa Teresa que ha

brindado las herramientas y apoyo necesario para llevar a cabo este proyecto. De manera especial

a Ral Morillo y Jess Pereira por preocuparse por la calidad y desempeo de este trabajo; a Oly

Caldern y Roscio Oropeza por brindar su mano amiga y compaera en todo momento durante

los 5 meses de compartir; a Beatriz Zambrano y Maira Perdomo por su apoyo y paciencia en la

Destilera y Laboratorio; a Mariel Lpez por estar siempre pendiente de nuevos avances; y al

resto de los supervisores de la Destilera y personal de trabajo de la Gerencia de Ingeniera y

Proyectos, por tener la paciencia y la voluntad de compartir conmigo sus conocimientos y

experiencias en sus reas. A todos, gracias miles.

vii

NDICE GENERAL

RESUMEN iv

DEDICATORIA v

AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS vi

NDICE GENERAL vii

NDICE DE TABLAS xi

NDICE DE FIGURAS xii

LISTA DE ABREVIATURAS xiii

INTRODUCCIN 1

CAPTULO 1. DESCRIPCIN DE C. A. RON SANTA TERESA 3

1.1 La empresa 3

1.2 Historia 4

1.3 Estructura organizacional 5

1.4 Filosofa 5

1.5 Inversin comunitaria 5

1.6 reas de proceso 6

1.6.1. Fermentacin y destilacin 7

1.6.2 Procesamiento y aejamiento 7

1.6.3 Envasado 8

1.7 Productos 8

CAPTULO 2. FUNDAMENTOS TERICOS 9

2.1 Balance de masa 9

2.1.1 Los principios de conservacin 9

2.1.2 Informacin del balance de masa 10

2.1.3 Balances de masa en sistemas con reaccin qumica 10

viii

2.2 Produccin de ron a partir de melaza 11

2.2.1 Melaza 11

2.2.1.1 Obtencin de la melaza 11

2.2.1.2 Grados brix 11

2.2.2 Fermentacin alcohlica 12

2.2.3 Levadura 13

2.2.4 Etanol o alcohol etlico 13

2.2.4.1 Fuerza real o grado alcohlico 14

2.2.5 Congenricos 14

2.2.6 Destilacin 14

2.2.6.1 Vinaza 15

2.2.6.2 Fsel 15

2.2.7 Ron 15

CAPTULO 3. METODOLOGA 16

3.1 Conocimiento del rea 16

3.2 Revisin bibliogrfica del proceso 16

3.3 Construccin de los diagramas de bloques (DB) y diagramas de flujo de proceso (DFP) 16

3.4 Realizacin del balance de masa terico. 17

3.4.1 Obtencin de informacin sobre fermentacin y alambique 17

3.4.2 Informacin obtenida del maestro ronero 17

3.5 Realizacin del balance de masa real 17

3.5.1 Clculo de la densidad y transformacin de flujo volumtrico a msico 18

3.5.2 Datos reales experimentales 20

3.5.3 Clculo de la fuerza real con un alcoholmetro 20

CAPTULO 4. DESCRIPCIN DEL PROCESO 22

ix

4.1 Proceso de fermentacin 22

4.1.1 Recepcin de la melaza 22

4.1.2 Pretratamiento de la melaza 22

4.1.3 Tratamiento y disposicin de los lodos 23

4.1.4 Fermentacin continua 23

4.1.5 Recuperacin de la crema de levadura 24

4.2 Proceso de destilacin en alambique 25

4.2.1 Columna de cerveza o destiladora 25

4.2.2 Columna hidroselectora 26

4.2.3 Columna rectificadora 26

4.2.4 Columna concentradora 27

CAPTULO 5. RESULTADOS Y DISCUSIN 28

5.1 Balance de masa terico 28

5.1.1 Fermentacin 29

5.1.1.1 Dilucin de melaza 31

5.1.1.2 Esterilizacin de melaza 32

5.1.1.3 Clarificacin de melaza 33

5.1.1.4 Alimentacin a las cubas 33

5.1.1.5 Produccin de CO2 33

5.1.1.6 Produccin de mosto fermentado y recuperacin de crema 34

5.1.1.7 Dosificacin de H2SO4 y congenricos 34

5.1.2 Destilacin en Alambique 34

5.1.2.1 Dosificacin de anti-incrustante y producto qumico 37

5.1.2.2 Agua de reposicin 38

5.2 Balance de masa real 39

x

5.2.1 Fermentacin 39

5.2.1.1 Dilucin y esterilizacin de la melaza 40

5.2.1.2 Clarificacin de la melaza 40

5.2.1.3 Alimentacin a las cubas 41

5.2.1.4 Produccin de CO2 41

5.2.1.5 Produccin de mosto fermentado y recuperacin de crema 41

5.2.1.6 Dosificacin de H2SO4 y congenricos 41

5.2.2 Destilacin en Alambique 41

5.2.2.1 Dosificacin de anti-incrustante y producto qumico 44

5.3 Comparacin del balance de masa terico contra el real 44

5.3.1 Fermentacin 44

5.3.2 Destilacin en alambique 46

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 50

REFERENCIAS 52

APNDICE A. DIAGRAMAS DE BLOQUES Y DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO 54

APNDICE B. FLUJOS VOLUMTRICOS DEL PNEL DE LA DESTILERA NUEVA DE

CARST 59

APNDICE C. CLCULO DE LA DENSIDAD DE UN FLUIDO EMPLEANDO UN

PICNMETRO 60

APNDICE D. DATOS MSICOS OBTENIDOS PARA HALLAR LAS DENSIDADES DE

LAS CORRIENTES DE DESTILERA 62

APNDICE E. FRMULAS DE BALANCE DE MASA TERICO 64

APNDICE F. FRMULAS DE BALANCE DE MASA REAL 68

APNDICE G. PROPAGACIN DE ERRORES 72

APNDICE H. DATOS BSICOS DE LA MELAZA (CBT Ingeniera Venezolana S. A.,

2010) 76

xi

NDICE DE TABLAS

Tabla 3.1. Datos del balance de masa terico y su origen 17

Tabla 3.2. Densidades de las corrientes de fermentacin y alambique 19

Tabla 3.3. Datos del balance de masa real y su origen 20

Tabla 5.1. Datos de consumo de melaza y produccin de mosto y alcohol etlico de CARST 29

Tabla 5.2. Flujos msicos tericos de fermentacin 29

Tabla 5.3. Datos de la melaza que alimenta al rea de fermentacin (Laboratorio de Destilera de

C. A. Ron Santa Teresa, 2012) 31

Tabla 5.4. Flujos msicos tericos de alambique 34

Tabla 5.5. Flujos tericos de extracciones en relacin al flujo de alcohol etlico 35

Tabla 5.6. Fuerza real de las corrientes de alambique 36

Tabla 5.7. Dosificacin de anti-incrustante a alambique (Laboratorio de Destilera de C. A. Ron

Santa Teresa, 2012) 37

Tabla 5.8. Producto qumico terico administrado a alambique en la Hidroselectora (Laboratorio

de Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012) 38

Tabla 5.9. Flujos msicos reales de fermentacin con sus respectivos errores 39

Tabla 5.10. Fuerza real de las mermas en el alambique 42

Tabla 5.11. Flujos msicos reales de alambique con sus respectivos errores 42

Tabla 5.12. Producto qumico real administrado a alambique en la Hidroselectora (Laboratorio de

Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012) 44

Tabla 5.13. Comparacin de flujos tericos y reales en fermentacin 44

Tabla 5.14. Comparacin de flujos tericos y reales en fermentacin 47

Tabla 5.15. Flujos msicos tericos y reales de corrientes principales 49

Tabla 5.16. Eficiencia de cada rea de proceso y global 49

xii

NDICE DE FIGURAS

Fig. 1.1. Estructura organizativa de C. A. Ron Santa Teresa 5

Fig. 1.2. Flujograma de procesamiento y aejamiento (C. A. Ron Santa Teresa, 2009) 7

Fig. 1.3. Productos de C. A. Ron Santa Teresa (C. A. Ron Santa Teresa, 2009) 8

Fig. A.1. Diagrama de bloques de fermentacin 55

Fig. A.2. Diagrama de flujo de fermentacin 56

Fig. A.3. Diagrama de bloques de alambique 57

Fig. A.4. Diagrama de proceso de alambique 58

xiii

LISTA DE ABREVIATURAS

CARST: C. A. Ron Santa Teresa.

COVENIN: Comisin Venezolana de Normas Industriales.

CMS: Concentrado de melaza soluble.

DB: Diagrama de bloque.

DFP: Diagrama de flujo de proceso.

GL: Grados Gay-Lussac.

LAA: Litros de alcohol anhidro.

1

INTRODUCCIN

Los balances de materia y energa son clculos que muy frecuentemente realizan los ingenieros

qumicos que permiten conocer cada una de las corrientes de un proceso productivo. En el caso

de C. A. Ron Santa Teresa (CARST) se ha hecho imperante la necesidad de realizar un nuevo

balance de masa que permita conocer y establecer relaciones entre los procesos de Fermentacin

y Destilacin que lleva a cabo la empresa para producir alcohol etlico a partir de melaza de caa

de azcar.

A medida que CARST ha ajustado sus diferentes procesos, se ha perdido informacin

importante de diseo que es valioso recuperar. En este sentido, y con miras a un aumento de

produccin, se plantea la realizacin de un balance de materia en la Destilera Nueva que pueda

comparar el escenario terico e ideal con los flujos msicos reales con los que se trabaja

actualmente. En este caso particular, la importancia del balance de masa radica en conocer la

capacidad actual instalada y poder determinar los equipos que no contribuiran a un aumento de

la produccin, generando argumentos para sustentar los posibles planes de inversin de la

empresa.

Por todo lo anterior se ha establecido como objetivo general del presente proyecto, la

realizacin del balance de materia de la Destilera Nueva de C. A. Ron Santa Teresa que permita

conocer los flujos msicos de las corrientes principales.

Para lograr el cumplimiento del objetivo general se han propuesto los siguientes objetivos

especficos:

- Realizar un balance de masa terico y real del rea de Fermentacin, sin incluir las

corrientes de servicios.

- Realizar un balance de masa terico y real del rea de Destilacin de Alambique, sin incluir

las corrientes de servicios.

- Comparar los resultados de los balances tericos y reales de cada rea para determinar una

eficiencia global y parcial.

Con la finalidad de facilitar la comprensin del presente trabajo, se ha dividido en cinco

captulos de la siguiente manera: en el primer captulo se presentar una descripcin detallada de

la empresa, pasando por su historia, estructura organizacional y productos que ofrece en el

mercado venezolano e internacional. El captulo dos abarcar los fundamentos tericos

2

necesarios para comprender un balance de materia, as como otros conceptos utilizados en la

industria licorera. En el tercer captulo se desarrolla la metodologa seguida en la investigacin y

ejecucin del proyecto, mientras que en el cuarto captulo se ampla y describe los procesos que

se llevan a cabo en la Destilera Nueva, enfocados en el rea de Fermentacin y Alambique.

Finalmente, el ltimo captulo est dedicado a la presentacin y anlisis de los flujos y resultados

obtenidos.

CAPTULO 1

DESCRIPCIN DE C. A. RON SANTA TERESA

C. A Ron Santa Teresa es una empresa con ms de doscientos aos de tradicin que ha

aprovechado la presencia de su marca en la industria licorera para perdurar en el tiempo como

una de las favoritas tanto a nivel nacional como internacional. En este captulo se describe la

estructura actual de la empresa y los orgenes de la misma, pasando por su filosofa de trabajo y

la gama de productos que ofrece al pblico.

1.1 La empresa

C.A Ron Santa Teresa es una empresa pblica inscrita en la Bolsa de Valores de Caracas y

regida por la Ley de Mercado de Valores. La Junta Directiva est conformada por once

directores, nueve de los cuales son independientes.

En Ron Santa Teresa se practican los Principios de Buen Gobierno corporativo que garantizan

una gestin eficiente y una comunicacin transparente entre los accionistas, la Junta Directiva, la

gerencia y los trabajadores.

En cumplimiento de los Principios de Buen Gobierno Corporativo, se cre un Comit de

Auditora que supervisa y vela por la transparencia de las operaciones de la compaa y el reflejo

de las mismas en los estados financieros. CARST profesa que el xito de la organizacin reside

en su capacidad de atraer, reclutar y retener al mejor talento disponible y luego desarrollar ese

talento tanto en lo profesional como en lo personal. Por eso, existe tambin un Comit de

Talento, que reporta a la Junta Directiva y cuyo propsito es velar por la estrategia de talento de

la compaa y su continua mejora. Desde 2009, Ron Santa Teresa se encuentra en el ranking de

los mejores sitios para trabajar en Venezuela (C. A. Ron Santa Teresa, 2009).

En la Hacienda Santa Teresa es donde se encuentra la destilera de alcohol a base de miel y

melaza de caa ms tecnificada de Amrica Latina, con una capacidad de produccin de

dieciocho millones de litros de alcohol al ao. En dieciocho bodegas de envejecimiento reposan

4

cien mil barriles y quinientos cuarenta toneles de roble en los que se aejan veinticuatro millones

de litros de ron al ao (C. A. Ron Santa Teresa, 2009).

Los rones, licores y bebidas espirituosas secas de CARST son todos destilados de la caa de

azcar que se cultiva en la Hacienda Santa Teresa y de otras centrales azucareras, para luego ser

envejecidos en las bodegas ms antiguas del pas. Finalmente son mezclados, filtrados y

reposados para ser envasados en una moderna planta embotelladora ubicada en el mismo

complejo.

1.2 Historia

Los orgenes de Ron Santa Teresa se remontan a finales del siglo XVIII cuando Martn de

Tovar recibe del Rey Carlos Tercero de Espaa el ttulo de Conde de Tovar y la cdula real de las

tierras que hoy conforman la Hacienda Santa Teresa.

En 1797 se funda la Hacienda Santa Teresa ubicada en los Valles de Aragua. A principios del

siglo XIX se cultivaba ail, caf, cacao, trigo y caa de azcar y en 1810 se instal el primer

alambique para la produccin de aguardiente de caa.

Desafortunadamente, la guerra de Independencia suscitada en esos aos afect la economa de

los valles de Aragua, con lo que gran parte de las tierras fueron destruidas y, en consecuencia, la

ruina econmica fue inminente. Sin embargo, fue en las tierras de la hacienda en 1818, en plena

guerra de Independencia, donde Simn Bolvar hace la proclama de abolicin de esclavitud (C.

A. Ron Santa Teresa, 2009).

En 1830 Gustav Giulius Vollmer contrae matrimonio con Panchita Rivas y Palacios, sobrina de

Jos Flix Rivas y prima de Simn Bolvar, la cual haba heredado parte de las tierras de lo que

es hoy la Hacienda Santa Teresa.

En 1885 Gustavo Julio Vollmer Rivas compra la Hacienda Santa Teresa, comenzando as lo

que sera una empresa familiar dedicada a la industria ronera. En 1909 se registra la marca Ron

Santa Teresa, primera marca de ron en Venezuela y tercera marca comercial, pero no es hasta

1955 cuando Alberto Vollmer Herrera funda la C. A. Ron Santa Teresa (C. A. Ron Santa Teresa,

2009).

En 1978 se instal la destilera mas tecnificada de Latinoamrica para ese momento, incluyendo

una planta de tratamiento de efluentes y una lnea de envasado. Desde ese momento el personal

5

de la empresa lo llama Destilera Nueva, para diferenciarla de la antigua destilera en

funcionamiento.

Desde 2003, CARST cuenta con la denominacin de origen que permite identificar sus marcas

como productos cien por ciento venezolanos, dndole a la empresa un carcter de exportadores y

certificando la calidad de sus productos (C. A. Ron Santa Teresa, 2009).

1.3 Estructura organizacional

La estructura organizacional se refiere a la forma en que se dividen, agrupan y coordinan las

actividades de la empresa en cuanto a las relaciones entre sus diferentes reas de trabajo.

En CARST, como se aprecia en la Figura 1.1, existe una presidencia y seis divisiones que

dependen de sta. A efectos de este proyecto, es de particular inters la Direccin de Operaciones

pues de ella dependen a su vez la Gerencia de Mantenimiento, la Gerencia de Ingeniera y la

Gerencia de Produccin que incluye a la Destilera, encargadas de plantear la problemtica,

disear el proyecto y su posterior ejecucin, respectivamente. En este sentido, el proyecto fue

inscrito en la Gerencia de Ingeniera, cuyo propsito es determinar las condiciones operativas,

optimizar los procesos y hacer uso de nuevas tecnologas que promuevan el aumento de la

capacidad productiva de cada uno de los procesos que se llevan a cabo en las instalaciones de

Ron Santa Teresa.

1.4 Filosofa

La empresa tiene el propsito de construir la categora de Ron Premium en el mundo con la

meta de llegar a una produccin de diez millones de cajas estadsticas a nivel mundial. Adicional

a esto, presenta en su filosofa cuatro valores que se promueven entre sus trabajadores: la

humildad, jugar limpio para ganar, orgullo sobre lo que se hace y la transformacin del entorno.

1.5 Inversin comunitaria

Desde que en 1796 se fund la Hacienda Santa Teresa, el desarrollo de El Consejo, actual

capital del municipio Revenga, en el Estado Aragua, ha estado vinculado al de la Hacienda y al

de Ron Santa Teresa, que es la primera fuente de empleos directos e indirectos del municipio.

En 1989, Alberto J. Vollmer crea la Fundacin Santa Teresa. A travs de la Fundacin, la

compaa invierte en la comunidad de Revenga, convencida de que su crecimiento rentable y

sostenido va de la mano del bienestar y prosperidad de la comunidad. Por ello, todas las

6

iniciativas de inversin comunitaria forman parte del Plan Estratgico de Ron Santa Teresa y se

concentran en el municipio Revenga.

Figura 1.1. Estructura organizativa de C. A. Ron Santa Teresa

Estas iniciativas incluyen: Proyecto Alcatraz, Consetours, ONG Camino Real, Taller del

Constructor Popular y Visin Revenga, el Proyecto paraguas que est impulsando la Fundacin

Santa Teresa para transformar a Revenga en un municipio modelo para Venezuela, por la

creciente prosperidad y calidad de vida de sus habitantes (C. A. Ron Santa Teresa, 2009).

1.6 reas de proceso

Las bebidas alcohlicas elaboradas en CARST pasan por cuatro etapas principales antes de

estar listas para la distribucin y consumo masivo. Estas reas de produccin son Fermentacin,

Destilacin, Procesamiento y Aejamiento, Envasado y Distribucin.

Presidente ejecutivo

Coordinacin de la ofic. de la

presidencia Director de operaciones

Director de talento y

organizacin

Director comercial corporativo

Director de mercadeo

corporativo

Director de asuntos pblicos

Director de administracin y finanzas

Gerente de produccin

Gerente de abastecimiento

Gerente de planificacin

operativa

Gerente de calidad y desarrollo

Gerente de mantenimiento

Gerente de ingeniera

Gerente de auditoria

7

1.6.1. Fermentacin y destilacin

En estas dos primeras etapas del proceso productivo, se lleva a cabo la transformacin de la

materia prima en alcohol etlico y su posterior proceso de separacin para remover cualquier otro

componente indeseado. La fermentacin est conformada por una batera de reactores que

funcionan de manera continua y alimentan a un tren de separacin conformado por cuatro

columnas de destilacin. Ambas reas se presentarn con mayor detalle en el captulo 4.

1.6.2 Procesamiento y aejamiento

Una vez obtenido el alcohol etlico de la Destilacin, ste sigue el proceso que se muestra en la

Figura 1.2, donde es diluido y colocado en barricas de Roble Blanco Americano dentro de las

bodegas de envejecimiento por un perodo no menor a dos aos. Luego de ese tiempo, los barriles

de diversas edades son vaciados y mezclados en diferentes proporciones para lograr un blend o

mezcla a la que se le agrega agua y otros insumos para obtener la mezcla final.

Una vez mezclados los ingredientes, se pasa el lquido por una serie de filtros que, adems de

remover partculas no solubles y cualquier tipo de impureza, le confieren al producto un acabado

brillante y traslcido. Posteriormente, el lquido pasa por una etapa de reposo refrigerado en la

cual se favorece la precipitacin de slidos insolubles en fro para su posterior remocin por una

sola filtracin. Esta etapa es tambin muy importante para lograr el marriage o casamiento de los

aromas y sabores del lquido, de tal manera que se garantice su homogeneidad y consistencia.

Figura 1.2. Flujograma de procesamiento y aejamiento (C. A. Ron Santa Teresa, 2009)

21 Bodegas deEnvejecimiento

100.000 Barriles Tiempo > 2 aos

Mezclado Mezclado y Filtraciy FiltracinnAgua Pozo

Guayabal

AguaDesminera. Desmineralizador

Alcohol96%

Alcohol Dilucin

65GL

Ron65%

Llenado

Vaciado

DiluciDilucin de Alcoholn de Alcohol

Ron mezcla

40 % Alc.

Filtro

Ron

1ra

Filtracin

Reposo

- 2 C

Filtro de Mdulo EquipoUltra Refrigeracin

Ron

2da

Filtracin

Filtro de

Membrana

de microporos

Otros insumos

EnvejecimientoEnvejecimiento

RefrigeraciRefrigeracin y Filtracin y Filtracinn

EnvasadoEnvasado

AAejamiento y Procesamientoejamiento y Procesamiento

21 Bodegas deEnvejecimiento

100.000 Barriles Tiempo > 2 aos

Mezclado Mezclado y Filtraciy FiltracinnAgua Pozo

Guayabal

AguaDesminera. Desmineralizador

Alcohol96%

Alcohol Dilucin

65GL

Ron65%

Llenado

Vaciado

DiluciDilucin de Alcoholn de Alcohol

Ron mezcla

40 % Alc.

FiltroFiltro

Ron

1ra

Filtracin

Reposo

- 2 C

Filtro de Mdulo EquipoUltra Refrigeracin

Ron

2da

Filtracin

Filtro de

Membrana

de microporos

Otros insumos

EnvejecimientoEnvejecimiento

RefrigeraciRefrigeracin y Filtracin y Filtracinn

EnvasadoEnvasado

AAejamiento y Procesamientoejamiento y Procesamiento

8

1.6.3 Envasado

La planta de envasado dispone de cuatro lneas de produccin automatizadas y semi-

automatizadas. El proceso de envasado se inicia desde el almacn de material de empaque donde

estn ubicados los equipos y transportadores para la alimentacin de las botellas a granel o

contenidas en cajas.

De acuerdo a la lnea de produccin vara el proceso de envasado. En el caso de la lnea 1, es

automatizado y los envases se reciben a granel. Una vez enjuagadas, sopladas, llenadas y tapadas,

las botellas son orientadas hacia la etiquetadora donde tambin se les coloca la banda de garanta

segn lo establecido en las leyes venezolanas. Posterior a esta etapa, se les imprime un cdigo

unitario a las botellas, se embalan en forma automtica a travs de una encajonadora y finalmente

las cajas son selladas. El proceso de envasado para las lneas 2, 3 y 4 es semi-automtico, por lo

que la alimentacin de las botellas es manual; sin embargo, el proceso de funcionamiento es

similar a la primera lnea de produccin.

1.7 Productos

Actualmente Santa Teresa produce para el mercado nacional e internacional los rones aejos

Bodega Privada, Bicentenario, Santa Teresa 1796, Selecto, Gran Reserva y Santa Teresa Blanco;

los licores dulces que mezclan ron con caf y naranja llamados Arak y Orange Rhum,

respectivamente; y por ltimo las bebidas espirituosas Carta Roja y Superior. Adems de estos

productos, para el mercado internacional se dispone tambin de Claro, desarrollado

principalmente para coctelera. En la Figura 1.3 se muestra la presentacin de cada uno de los

productos, en el orden en que fue mencionado.

Figura 1.3. Productos de C. A. Ron Santa Teresa (C. A. Ron Santa Teresa, 2009)

CAPTULO 2

FUNDAMENTOS TERICOS

En este captulo se definirn dos conjuntos de conocimientos tericos que sern claves para el

proyecto. En primer lugar se tratar el tema de los balances de masa, lo que dar un marco terico

referencial para el desarrollo de la metodologa de esta investigacin; por otro lado, se

desarrollarn los conceptos necesarios para la comprensin de la fermentacin de caa de azcar

para producir etanol, pasando por su destilacin y otros productos obtenidos en el proceso.

2.1 Balance de masa

Los balances de masa se basan en los principios de conservacin de la materia y permiten

conocer flujos y composiciones de todas las corrientes de un diagrama de flujo, contando con

informacin especfica o supuesta sobre el funcionamiento de algunos equipos del proceso.

2.1.1 Los principios de conservacin (Reklaitis y Schneider, 1986)

La expresin precisa del principio de conservacin de la masa se muestra en la ecuacin 2.1,

donde se ha tomado un sistema de estudio (una porcin del universo aislado para su anlisis) y se

ha definido como su cantidad de materia cuya velocidad relativa es cero con respecto a un

punto de referencia seleccionado; como la razn de cambio de masa o acumulacin con

respecto al tiempo en un determinado instante y los subndices 1 y 0 indican, respectivamente, la

entrada y salida de materia desde o hacia el sistema.

La ecuacin presentada est desarrollada para el caso general, en el cual ambos lados de la

igualdad son funciones que cambian con el tiempo. Si el sistema se encuentra en estado

estacionario, es decir, sus propiedades no varan con el tiempo, la razn de cambio o acumulacin

es igual a cero. Para este caso, la postulacin de conservacin de masa se reduce a la ecuacin

10

2.2, la cual indica que la tasa de materia transferida hacia el interior del sistema deber ser igual a

la que sale del mismo.

2.1.2 Informacin del balance de masa

Un problema de balance de masa pudiera contener los siguientes elementos: el tipo de sistema,

con sus entradas y salidas; las variables de las corrientes que describen los flujos; el sistema de

ecuaciones del balance de materia, de las cuales son independientes no ms de S ecuaciones,

siendo S el nmero total de componentes diferentes que aparecen en las corrientes; y, por ltimo,

la base de clculo seleccionada. Adicional a esto, se podran conocer tambin algunas

especificaciones que se imponen sobre el sistema que permitirn reducir el nmero de variables

desconocidas. Estas especificaciones a menudo suelen consistir de la asignacin directa de

valores a las variables de las corrientes o imposicin de relaciones entre esas variables.

2.1.3 Balances de masa en sistemas con reaccin qumica

Estos sistemas son un caso particular donde se seguir aplicando el principio de conservacin

de la materia que entra y sale de los lmites del sistema de estudio. En este caso resultan vlidos

los balances de materia por componentes ya que con la reaccin qumica ocurre un proceso de

reordenamiento de los tomos y molculas que formarn compuestos moleculares diferentes. En

otras palabras, debe tomarse en cuenta la tasa de reaccin (sea aparicin o desaparicin) de los

diferentes compuestos que forman parte de la reaccin qumica, denominado en la ecuacin 2.3

cuyo signo ser positivo para compuestos que se producen y negativo para aquellos que se

consumen. Adems, el subndice i indica que se trata de un compuesto en particular y no de un

balance de masa global.

11

2.2 Produccin de ron a partir de melaza

A continuacin se definirn los conceptos tericos bsicos para la comprensin del proceso de

fermentacin de melaza para obtener alcohol etlico, pasando por los diversos subproductos que

se obtienen tanto en la fermentacin como en su destilacin posterior.

2.2.1 Melaza

La melaza es un residuo lquido de la elaboracin del azcar de caa de color rojo oscuro y

viscoso; aunque rica en azcar (de 50 a 60% en peso), no se utiliza para producirla porque no es

cristalizable. La composicin de la melaza suele variar, dependiendo del productor, las

condiciones de la caa de azcar y de su cosecha, entre otros factores. Sin embargo, en trminos

generales en peso, la melaza contiene entre 35 y 40% de sacarosa, de 15 a 20% de glucosa y

fructosa y entre 28 y 35% de slidos que no son azcar (Gupta y Demirbas, 2010). No todos los

azcares que posee la melaza son fermentables, por lo que se realizan pruebas de laboratorio para

conocer su porcentaje de azcar total, fermentable y no fermentable, lo que permite tener una

idea sobre cmo ser el rendimiento del proceso de fermentacin en el cual se vaya a emplear la

melaza.

2.2.1.1 Obtencin de la melaza

Despus de cosechada, la caa de azcar es transportada a las centrales azucareras donde es

lavada, cortada y triturada. La caa lista es alimentada a un extractor de jugos que produce un

lquido que contiene entre 10 y 15% de sacarosa y residuos slidos (bagazo). Este jugo es

posteriormente filtrado, tratado con qumicos y pasteurizado para remover el agua por

evaporacin y obtener as un sirope. La sacarosa es precipitada del sirope por un proceso de

cristalizacin que produce cristales limpios en suspensin y melaza. Una centrifugadora se

encarga de separar los cristales de la melaza donde luego los primeros son lavados con vapor y

secados con aire; mientras que la melaza es enviada para la fermentacin de alcohol (United

Molasses Company, 1986).

2.2.1.2 Grados brix

Para medir la cantidad de slidos solubles presentes en alguna sustancia se emplean los grados

brix ( bx). En la industria de alimentos y bebidas, esos slidos solubles suelen ser en su mayora

sacarosa, por lo que los bx indican la cantidad de azcar presente en algn producto como la

melaza, vinaza, entre otros. No obstante, pueden existir tambin lodos u otros slidos disueltos en

12

la solucin, como se observa en la ecuacin 2.4. Para obtener los grados brix de manera

experimental se puede emplear un refractmetro o brixmetro (Universidad Nacional de

Colombia).

2.2.2 Fermentacin alcohlica

La fermentacin alcohlica es un proceso bioqumico anaerbico en el que se realiza una

transformacin de la materia prima por la accin de las clulas de levadura, las cuales se

encargan de producir la maquinaria enzimtica para tal transformacin. Esta reaccin qumica,

presentada en la ecuacin 2.5, involucra un proceso exotrmico de liberacin de energa y

produccin de calor que permite la transformacin de los azcares fermentables, contenidos en la

melaza, en alcohol etlico, dixido de carbono y otros compuestos denominados congenricos,

que resultan de los diferentes ciclos metablicos que operan en la levadura.

La fermentacin de melaza es el resultado de la accin de la levadura que comienza por invertir

la sacarosa en glucosa y fructosa. La mezcla de glucosa y fructosa se llama azcar invertido y

constituye la mayor parte de los azcares contenidos en la melaza. El rendimiento terico de un

gramo de azcar invertido (0,95 gramos de sacarosa) es de 0,511 gramos de alcohol absoluto y

0,489 gramos de dixido de carbono (Spencer y Meade, 1967).

La fermentacin alcohlica se lleva a cabo en procesos por cargas o continuos. En los procesos

de fermentacin continua con recirculacin de levadura, se debe proporcionar aireacin

controlada para garantizar la reproduccin de las clulas sin comprometer el metabolismo de la

produccin de alcohol etlico.

13

2.2.3 Levadura

La levadura est compuesta por hongos microscpicos y unicelulares que se emplean por la

capacidad que tienen para transformar o descomponer molculas por la accin de la

fermentacin. Su reproduccin puede ser vegetativa o sexual; en el primer caso se realiza

mediante gemacin (una divisin desigual promovida por protuberancias en la pared celular del

progenitor que al crecer y desarrollarse dan paso a un nuevo organismo) y fisin; mientras que su

reproduccin sexual ocurre cuando dos organismos se funden para formar uno solo ms grande

que la clula normal (Aveledo, 1987).

En particular, la levadura de cerveza o Saccharamyces Cerevisae es un tipo de levadura que se

emplea industrialmente para la produccin de pan, cerveza, vino y otras bebidas alcohlicas. Es

importante mantener un sustrato rico en nutrientes pues la levadura pudiera emplear otra ruta

metablica que le permitiera obtener un mayor rendimiento energtico y, por lo tanto, no

realizara la fermentacin. Su cuerpo tiene forma elipsoidal y est desprovista de cilios u otros

rganos de locomocin, lo que permite su separacin del mosto fermentado por sedimentacin o

por medio de una centrfuga.

Bajo condiciones aerbicas, organismos facultativos (aquellos que pueden vivir bajo

condiciones aerbicas o anaerbicas) cambian su metabolismo para ajustarse a esas condiciones.

Los cambios implican activacin de enzimas reprimidas al igual que la sntesis de nuevas

macromolculas. A concentraciones mayores de 3% p/v de glucosa, el metabolismo aerbico de

Saccharamyces Cerevisae est completamente reprimido, pero al bajar la concentracin de

azcar el efecto se va modulando hasta desaparecer, haciendo que la levadura utilice el etanol

producido durante la fermentacin para oxidarlo y obtener cido actico primero y luego CO2.

Por su parte, el etanol producido en la degradacin de la glucosa afecta a la levadura por lo que

se deben mantener niveles moderados de alcohol. Para el caso de la levadura de cerveza, a

concentraciones de alcohol etlico mayores de 12% p/v se observa que el crecimiento celular se

detiene pero se puede seguir fermentando a un 25% de su capacidad (Aveledo, 1987).

2.2.4 Etanol o alcohol etlico

El etanol o alcohol etlico es un compuesto qumico que, a condiciones estndares de presin y

temperatura, se presenta como un lquido voltil incoloro e inflamable con punto de ebullicin de

78,4 C y densidad de 0,79 g/cm3 (Gupta y Demirbas, 2010), capaz de formar una mezcla

14

azeotrpica con agua al 96% en peso. Su frmula qumica es CH3-CH2-OH (C2H6O) y gracias a

que puede ser potable bajo ciertas condiciones, ha ganado un puesto importante en las bebidas

alcohlicas, adems de sus usos en la industria farmacutica, cosmtica, de pinturas y tambin

como combustible, por mencionar algunos.

En CARST la produccin diaria de etanol se encuentra cercana a los 30000 litros por da.

Debido a que el alcohol etlico se encuentra a un 96% de concentracin, es necesario especificar

que esta produccin es de alcohol anhidro, es decir, sin presencia de agua. En este sentido, en la

Destilera Nueva de la empresa se habla de 30000 litros de alcohol anhidro por da (LAA/da).

2.2.4.1 Fuerza real o grado alcohlico

Los grados alcohlicos ( GL) son utilizados en bebidas para indicar la cantidad de etanol

presente en una sustancia en trminos de volumen, es decir, son una medida de concentracin

porcentual en volumen del alcohol etlico. Mientras que en Europa se refiere como % Vol., en

Amrica Latina se emplea GL en honor a Joseph Gay-Lussac por sus trabajos sobre la mezcla

binaria etanol-agua.

2.2.5 Congenricos

En la Norma Venezolana COVENIN 3370:1998 se definen los congenricos como compuestos

qumicos obtenidos en las diferentes etapas de elaboracin de bebidas alcohlicas a partir de las

materias primas y que determinan las propiedades organolpticas especficas del producto. Es la

sumatoria de los alcoholes superiores, steres, cidos y aldehdos (Fondonorma, 1998).

Los congenricos estn constituidos por lo que en la industria licorera se conocen como colas

y cabezas: compuestos cuya volatilidad se encuentra por debajo y por encima de la del etanol,

respectivamente.

2.2.6 Destilacin

Por medio del proceso de destilacin se separan los componentes de una mezcla lquida,

mediante vaporizacin y condensacin. Bsicamente se pueden separar los diferentes lquidos,

slidos disueltos en lquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos

de ebullicin de cada componente. Esta destilacin puede ser: fraccionaria de multicomponentes,

donde se separan los componentes lquidos de punto de ebullicin cercano utilizando para ello

diferentes platos o rellenos dentro de la columna de destilacin, que permiten un mayor contacto

entre los vapores que ascienden (ceden calor y se hacen ms ricos en el componente ms voltil)

15

con el lquido condensado que desciende (recibe calor y se hace ms rico en los componentes

ms pesados); y extractiva, donde se agrega otra corriente para mejorar la separacin.

2.2.6.1 Vinaza

La vinaza es el subproducto o residuo industrial lquido que se obtiene de la destilacin del

mosto en la fermentacin de melaza para obtener etanol. Es rica en materia orgnica, potasio (K),

azufre (S), magnesio (Mg), nitrgeno (N) y calcio (Ca); sin embargo, esta composicin es

variable segn la materia prima de la que se obtuvo. Se estima que por una tonelada de caa

destinada para la produccin de azcar se obtienen alrededor de 45 kg de melaza que pueden

producir 12 L de alcohol y cerca de 156 L de vinaza (Filho, 1991) segn el contenido de slidos

totales dando as una relacin entre alcohol y vinaza de 1 a 13. Este residuo posee una demanda

qumica de oxgeno alta (entre 60 y 70 g/L), por lo que es un gran contaminante de las fuentes de

agua y su disposicin ha de ser muy cuidadosa (Gmez, 1996).

2.2.6.2 Fsel

Tambin llamado aceite de fsel, es una mezcla de alcoholes (propanol, butanol y alcohol

amlico), cidos orgnicos, aldehdos, y steres producidos durante el proceso de fermentacin en

lugar del alcohol etlico. Por cada tonelada de etanol producido se puede obtener 0,00125

toneladas de fsel (Red Interinstitucional de Tecnologas Limpias, 2004).

2.2.7 Ron

El ron se define como toda bebida elaborada a partir de la dilucin de alcohol obtenido de la

destilacin de los mostos fermentados de la caa de azcar y sus derivados, envejecidos en

barricas de roble, de tal forma que al final posea el gusto, aroma, madurez y sabor que le son

caractersticos (Fondonorma, 1998). Segn la norma venezolana regida por la Comisin

Venezolana de Normas Industriales (COVENIN), el ron debe pasar por un proceso de

aejamiento no menor a dos aos.

CAPTULO 3

METODOLOGA

En este captulo se proceder a describir en detalle la metodologa utilizada, as como los

equipos y materiales empleados durante el desarrollo de este proyecto en C. A. Ron Santa Teresa.

Todo este procedimiento experimental permiti obtener los resultados que se presentarn en

captulos posteriores.

3.1 Conocimiento del rea

En primer lugar fue necesario un conocimiento exhaustivo de la Destilera, especficamente del

rea de Fermentacin y Alambique. En este sentido, se realiz un recorrido por planta donde se

identificaron los diferentes equipos y lneas de proceso. Adicional a esto, se convers con

diferentes supervisores y operadores de cada rea para conocer en detalle las condiciones de

operacin, as como cualquier otro dato importante que permitiera familiarizarse con el proceso

productivo.

3.2 Revisin bibliogrfica del proceso

Durante todo el desarrollo del proyecto se cont con una fuente bibliogrfica que permitiera

consultar dudas o validar datos que se encontraban en planta. De esta manera se revis la

biblioteca de Destilera as como datos encontrados en su laboratorio sobre registros de estudios o

pruebas realizadas a la materia prima y producto deseado.

Adems de la revisin bibliogrfica, se llevaron a cabo reuniones con el jefe de Destilera y el

maestro ronero de CARST, quienes dieron toda su disposicin para ampliar las explicaciones del

proceso de fermentacin y destilacin.

3.3 Construccin de los diagramas de bloques (DB) y diagramas de flujo de proceso (DFP)

Una vez conocido y familiarizado con el proceso que lleva a cabo la Destilera, fue posible

realizar los DB y DFP de cada una de las reas de estudio. En ellos se especific cada uno de los

17

equipos as como lneas de produccin. Los respectivos diagramas de Fermentacin y Alambique

pueden encontrarse en el Apndice A.

3.4 Realizacin del balance de masa terico.

Antes de poder realizar el balance de materia terico fue necesario definir y reunir informacin

de diseo del proceso.

3.4.1 Obtencin de informacin sobre fermentacin y alambique

En la bsqueda de condiciones de operacin de diseo fue clave el papel que jug el documento

Bases para la fermentacin continua con recirculacin de levadura realizado por C. A. Ron

Santa Teresa cuando se inaugur la Destilera Nueva en la empresa. Con este documento fue

posible conocer los porcentajes de alimentacin de melaza a cada cuba, as como la cantidad de

levadura a dosificar.

Por otra parte, tambin se accedi a los datos de trabajo de los supervisores de Destilera para

varios aos de registro. Estos datos fueron compilados y se extrajeron los que seran necesarios

para los balances. Adems se encontraron otros documentos que establecan estudios sobre la

cantidad de nutrientes que deben agregarse a la fermentacin, datos sobre el anti-incrustante y

producto qumico.

3.4.2 Informacin obtenida del maestro ronero

Debido a que exista una escasez de informacin en las condiciones y bases de diseo, se hizo

imperante la necesidad de hallar los datos tericos que rigen la Destilera. Finalmente el maestro

ronero fue capaz de aportar informacin clave faltante como lo eran los flujos de congenricos y

extracciones de Alambique, as como el agua de reposicin.

Una vez dispuestos todos los datos necesarios, se realiz el balance de materia con las

condiciones tericas de operacin. En la Tabla 3.1 se muestran todos los datos reales necesarios y

de dnde se obtuvieron. Las corrientes que no se muestran en esta tabla fueron halladas con las

ecuaciones de balance de masa.

3.5 Realizacin del balance de masa real

Para la realizacin del balance de materia real se tomaron como entrada a las ecuaciones los

datos ledos en el panel de la Destilera. Estos flujos volumtricos se encuentran en el Apndice B

y posteriormente se transformaron en flujos msicos.

18

Tabla 3.1. Datos del balance de masa terico y su origen

Corriente Origen del dato terico

Alimentacin de melaza a cubas Documento: Bases de la Fermentacin, CARST

Agua para dilucin de melaza Balance de masa

Vapor para esterilizar la melaza Balance de masa

Alimentacin de nutrientes Documento: Factibilidad de emplear nuevos nutrientes en

CARST, Ortega J.

Alimentacin de crema a cuba 1 Documento: Bases de la Fermentacin, CARST

H2SO4 en tanque de crema Data terica de Laboratorio de Destilera

Alimentacin vino de fermentacin Balance de masa

Extracciones de alambique Informacin suministrada por el maestro ronero

Anti-incrustante Data terica de laboratorio de Destilera

Producto qumico Data terica de laboratorio de Destilera

Agua de reposicin Informacin suministrada por el maestro ronero

Producto final Base de clculo segn data de Destilera

3.5.1 Clculo de la densidad y transformacin de flujo volumtrico a msico

Con la ayuda de un picnmetro y el ensayo que se encuentra en el Apndice C, se determin la

densidad de cada una de las corrientes de la Destilera. Para ello se tomaron por triplicado

muestras de las corrientes y se promedi su masa. Todos los valores obtenidos en el Laboratorio

de Destilera se presentan en el Apndice D, mientras que las densidades halladas se muestran en

la Tabla 3.2 con sus respectivos errores.

19

Tabla 3.2. Densidades de las corrientes de Fermentacin y Alambique

Corriente Densidad (kg/L) Error (kg/L)

Crema entrada tanque dilucin 1,02 0,01

Crema salida tanque dilucin 1,01 0,01

Crema de levadura 1,01 0,01

Melaza diluida, esterilizada y clarificada 1,16 0,02

Reflujo de la Destiladora 0,82 0,03

Vino a alambique 1,01 0,05

Cabezas de la Destiladora 0,81 0,03

Aguardiente 0,87 0,08

Flemazas a la Hidroselectora 1,00 0,01

Aguardiente diluido 0,97 0,01

Reflujo de la Concentradora 0,80 0,02

Alcohol de Concentradora a Hidroselectora 0,81 0,02

Cabezas de la Concentradora 0,81 0,06

steres de la Concentradora 0,9 0,1

Cabezas de la Rectificadora 0,80 0,02

Fsel de la Rectificadora 0,88 0,08

steres de la Rectificadora 0,82 0,04

Producto final 0,81 0,02

Vinaza 1,02 0,06

Fsel de la Concentradora 0,9 0,1

20

3.5.2 Datos reales experimentales

Por su parte, hubo datos necesarios para el balance de materia que no estaban registrados en

planta, por lo que hubo que medirlos experimentalmente. Tal fue el caso de las flemazas de la

columna Concentradora, la crema de levadura y su agua de dilucin.

Para estas mediciones se registr el caudal volumtrico en funcin del tiempo y posteriormente,

conociendo su densidad, se hall su caudal msico.

Adems los flujos reales de anti-incrustante y producto qumico fueron tomados de los valores

empleados por los operadores de Destilera, segn el registro llevado de dosificacin de estas

corrientes.

3.5.3 Clculo de la fuerza real con un alcoholmetro

En el laboratorio de Destilera se tomaron muestras de todas las salidas y entradas a la

Destilacin en Alambique y, con ayuda de un alcoholmetro, se hall la graduacin alcohlica de

cada corriente. Este dato sera esencial en los balances de masa de alcohol que se presentan en el

Apndice E.

En la Tabla 3.3 se resume de dnde se han obtenido los datos y corrientes reales necesarios para

la realizacin del balance de materia. Aquellas corrientes que no estn en esta tabla fueron

halladas con las ecuaciones del balance de masa.

Tabla 3.3. Datos del balance de masa real y su origen

Corriente Origen del dato real

Alimentacin de melaza Dato de panel de Destilera

Agua para dilucin de melaza Balance de masa

Vapor para esterilizar la melaza Balance de masa

Alimentacin de nutrientes a cuba 1 Documento: Factibilidad de emplear nuevos nutrientes en

CARST, Ortega J.

Alimentacin de crema a cuba 1 Dato de panel de Destilera

21

Tabla 3.3. Datos del balance de masa real y su origen (continuacin)

Corriente Origen del dato real

H2SO4 en tanque de crema Datos reales de Laboratorio de Destilera

Alimentacin vino de fermentacin Balance de masa

Extracciones de alambique Dato de panel de Destilera

Anti-incrustante Datos reales de laboratorio de Destilera

Producto qumico Datos reales de laboratorio de Destilera

Flemazas de la Concentradora Dato experimental

Agua de reposicin Informacin suministrada por el maestro ronero

Producto final Dato de panel de Destilera

CAPTULO 4

DESCRIPCIN DEL PROCESO

La Destilera Nueva de C. A. Ron Santa Teresa est compuesta por cuatro reas de trabajo:

Fermentacin, Destilacin en Alambique, Concentrador de Vinaza (tratamiento de subproducto)

y Servicios. Debido al enfoque de este proyecto, se hace especial nfasis en las dos primeras

reas, dejando fuera de alcance cualquier tratamiento de subproductos o servicios necesarios para

el funcionamiento idneo del proceso productivo. En este sentido, se procede a explicar en

detalle el proceso de produccin en la Fermentacin y Destilacin en Alambique.

4.1 Proceso de fermentacin

En CARST la materia prima empleada es melaza y levadura comercial del tipo Saccharamyces

Cerevisae. El proceso de fermentacin se lleva a cabo de manera continua ya que presenta mayor

eficiencia con respecto al proceso por cargas o Batch (de 89 a 95% contra 80 a 84%), facilidad de

operacin y ahorro en el espacio y consumo de agua (Senthilkumar y Gunasekaran, 2009).

Adems de ser continuo, presenta recirculacin y recuperacin de las clulas de levadura en una

batera de reaccin de cinco etapas con un tiempo de residencia promedio de 14 horas.

4.1.1 Recepcin de la melaza

La melaza llega entre 75 y 80 bx en gndolas provenientes de diversos centrales azucareros y

la descarga se realiza en fosas hacia los tanques T-101, T-102, T-606, T-607 y T-608, una vez

cumplidos los requerimientos legales, administrativos y de calidad. Posteriormente, la melaza es

bombeada hasta el tanque R-201 y, antes de empezar con el proceso de fermentacin, se debe

adecuar para que tenga las caractersticas necesarias para su transformacin y el mximo

aprovechamiento de los azcares fermentables.

4.1.2 Pretratamiento de la melaza

Esta etapa consiste en someter la melaza a un proceso continuo de dilucin, esterilizacin y

clarificacin: la dilucin se realiza en la tubera y se emplea agua o vinaza caliente (almacenada

23

en el tanque R-202), segn sea el caso, para bajar la densidad de la melaza hasta 37-39 bx,

logrando la dilucin de azcares en estado slido (lo que desdobla la sacarosa en sus

monosacridos glucosa y fructosa), disminucin de la presin osmtica y pre-calentamiento de la

misma; posterior a esto, la melaza diluida pasa al E-205 o E-208 donde se esteriliza gracias a

contacto directo con vapor entre 80 y 85 C para eliminar la presencia de bacterias y prevenir as

la formacin de agentes contaminantes que puedan afectar la viabilidad de la levadura y

caractersticas del producto final. Una vez diluida y esterilizada, la melaza se enva a los tanques

pulmn R-209 y R-210 para alimentar a las clarificadoras C-201 y C-202 donde, mediante una

separacin mecnica de slidos por centrifugacin, se remueven los sedimentos y arenilla

(llamados lodos), que puedan inhibir la fermentacin y generar o promover incrustaciones en

tuberas y equipos. A esta altura del proceso se tienen entonces dos lneas de produccin: la

melaza diluida, esterilizada y clarificada por un lado, y los lodos por otro (C. A. Ron Santa

Teresa, 2000).

4.1.3 Tratamiento y disposicin de los lodos

En promedio, y dependiendo de los porcentajes de lodos y los volmenes de produccin, cada

ocho minutos las clarificadoras desenlodan con agua y se enva al tanque R-208 de donde se

alimenta la decantadora. Esta decantadora permite separar el agua rica en azcares fermentables

que se haba perdido con el lodo y de all se enva al tanque R-202 para usarse en la dilucin de

melaza. El lodo remanente, pobre en azcares fermentables, es empleado aguas abajo para

procesos de compostaje de tierras.

4.1.4 Fermentacin continua

Una vez finalizado el pretratamiento, la melaza diluida, esterilizada y clarificada es enviada al

tanque R-220 y se encuentra lista para ser alimentada a los tres primeros reactores o cubas de

fermentacin, no sin antes pasar por el intercambiador de placas I-202 para bajar su temperatura a

32 C y de esta manera no perjudicar la viabilidad de la levadura.

En las tres primeras cubas (E-216, E-217 y E-218) se obtiene la mayor conversin de los

azcares en etanol, mientras que en las dos cubas restantes (E-219 y E-220) se lleva a cabo,

principalmente, el agotamiento o estabilizacin de la reaccin. La melaza se alimenta en las

cubas 1, 2 y 3 y se dosifica la crema de levadura nicamente a la primera cuba. Adicional a esto,

se debe proporcionar aireacin y nutrientes como mecanismo de control de la reaccin: estos

ltimos son ricos en fosfato y urea, necesarios para el sustento de la levadura; mientras que el aire

24

no solo se emplea para agitacin de la mezcla (ahora llamada mosto fermentado), sino que

permite la reproduccin de las clulas.

El proceso de fermentacin al producir CO2 crea una tensin superficial que genera espuma.

Para combatirla se suministra a las cubas un producto qumico antiespumante que ha sido

previamente aprobado por calidad. Por su parte, el CO2 producido pudiera llevarse consigo

alcohol, por lo que es atrapado en el tope de las cubas y llevado a la columna de absorcin E-223.

Gracias a un relleno de plstico, una corriente de agua arrastra de la corriente de gas cualquier

alcohol residual que ser bombeado al tanque de crema de levadura E-213, mientras que el CO2

se libera a la atmsfera (C. A. Ron Santa Teresa, 2000)

Adems de dixido de carbono, en la reaccin de fermentacin se libera energa en forma de

calor que pudiera afectar el rendimiento de las clulas de levadura. Para poder obtener control

sobre este parmetro se dispone de una serie de intercambiadores de calor de placas (I-204, I-205,

I-206 e I-207) en la salida de cada cuba para mantener una temperatura no superior a los 32 C

antes de ingresar a la cuba siguiente gracias a la accin de la recirculacin.

4.1.5 Recuperacin de la crema de levadura

Una vez el mosto ha pasado por las cinco cubas de reaccin y antes de ser enviado al tanque de

vino (E-206) debe pasar por un proceso para recuperar la crema de levadura que contiene. Para

ello, se emplean las separadoras C-210 A/B que, mediante centrifugacin, retiran la levadura y la

envan al tanque R-214 A/B donde se diluye con agua (a partir de este punto la levadura es

conocida simplemente como crema debido a su apariencia fsica). Finalmente la crema se

bombea al tanque E-213 donde se adecua la acidez para que pueda ser alimentada nuevamente a

la primera cuba. El mosto fermentado y libre de levadura (llamado ahora vino, con entre 8 y

12 GL aproximadamente) se enva al tanque E-206, listo para alimentar el tren de separacin o

alambique.

La recirculacin de crema se realiza de manera continua durante todo el ciclo de levadura, el

cual est determinado por la viabilidad, su poblacin celular, la calidad de los alcoholes

obtenidos, la acidez, las caractersticas de la espuma y otros factores que pudieran influir. Una

vez finalizado el tiempo til o ciclo de levadura (con duracin de ocho a doce semanas en

promedio) se debe hacer la preparacin del pre-fermentador o semillero en el tanque E-212, el

cual es un sistema de inoculacin de las clulas de levadura para adaptarlas al sistema de trabajo

y promover su reproduccin aerbica. Este semillero es alimentado al sistema de fermentacin

25

una vez se han alcanzado los parmetros ptimos para inocular; en este sentido, la temperatura,

grados brix y acidez deben estar dentro de los rangos permisivos para poder dar inicio al proceso

de alimentacin de crema a la batera de reaccin.

4.2 Proceso de destilacin en alambique

El alcohol producido en la fermentacin debe ser destilado para separar cualquier otro producto

que se pudiera haber generado, adems de concentrar el etanol a un 96%. El tren de separacin o

alambique de CARST se compone de cuatro columnas de destilacin: columna de Cerveza o

Destiladora (E-301), Hidroselectora (E-302), Concentradora (E-303) y Rectificadora (E-304),

respectivamente; controladas desde un panel analgico de instrumentacin. Todas las columnas,

salvo la primera, estn compuestas de platos tipo campana y trabajan con vapor saturado

alimentado a una calandria que hace las veces de rehervidor.

Por su parte, todos los condensadores que se encuentran en alambique son del tipo tubo y

carcaza pues, a pesar de no ser los ms eficientes en cuanto a espacio fsico, permiten tener

tuberas de cobre que ayudan a remover los mercaptanos o tioles (compuestos que contienen un

grupo funcional -SH) de las corrientes de alcohol y as eliminar caractersticas organolpticas

indeseadas (Riis, 2006).

4.2.1 Columna de cerveza o destiladora

En esta primera columna se separan los slidos disueltos provenientes de la fermentacin que

no pueden continuar a la siguiente etapa de la destilacin. Para ello se utilizan dieciocho y cinco

platos perforados (por la presencia de slidos), separados por un relleno de cobre que remueve

mercaptanos. A la corriente de entrada proveniente del rehervidor y a la salida del tanque de vino

(antes de alimentar la columna) se le adiciona anti-incrustante para evitar taponamientos en el

equipo.

Previo a alimentar la columna de cerveza, el vino pasa por el intercambiador de tubo y carcaza

I-302 donde se precalienta con los vapores que salen del tope de la columna. Estos vapores pasan

por otros dos intercambiadores (I-303 e I-304) para condensarlos y formar la corriente de reflujo

de la Destiladora. Adicional a esto, una fraccin de estos condensados de tope (cabezas) se une a

congenricos provenientes de las prximas columnas que alimentarn la Concentradora.

Por el fondo de la columna se obtiene vinaza entre 5 y 10 bx; y cercano al tope de la columna

se obtiene una mezcla hidroalcohlica llamada aguardiente que es enviada al tanque R-305.

26

Este aguardiente presenta una gama de alcoholes y congenricos con una fuerza real entre 75 y

78 GL.

La vinaza es usada como fertilizante en el riego de los tablones de caa y tambin se procesa en

el concentrador de vinaza que dispone CARST, el cual funciona con un turbocompresor en donde

el agua es separada por evaporacin al vaco, originndose un lquido espeso denominado

concentrado de melaza soluble (CMS) que puede ser usado como alimento de ganado y en otras

diversas industrias.

4.2.2 Columna hidroselectora

El aguardiente se alimenta ahora a la columna Hidroselectora (de 48 platos) donde, para

optimizar la separacin de los congenricos y as obtener un alcohol ms puro, se diluye hasta

obtener una fuerza real entre 20 y 25 GL. El agua de dilucin lo constituyen las flemazas del

fondo de la columna Rectificadora con un contenido alcohlico nulo.

El aguardiente diluido es enviado al tanque presurizado R-306 de donde se alimentar a la

columna Rectificadora; mientras que los vapores de tope son enviados directamente al fondo de

la Concentradora como si se tratase de una sola columna continua. En el diseo de planta esta

idea fue concebida as, pero por estabilidad de la torre en cuanto a altura se decidi trabajar con

dos columnas separadas.

Adicionalmente, se dispone de un proceso automatizado que enva alcohol etlico desde la

Concentradora a la Hidroselectora. Al concentrarse el alcohol en la E-303 disminuye su

temperatura, lo que acciona una vlvula que permite el paso del etanol a la Hidroselectora,

aumentando nuevamente su temperatura.

4.2.3 Columna rectificadora

A la columna E-304 (de 70 platos) se alimenta el aguardiente diluido y se tienen como salidas

laterales, a parte del producto final, congenricos como fsel y steres que se envan a la

Concentradora.

Por el tope se envan los vapores a dos condensadores (I-310 e I-311) para alimentar la

corriente de reflujo, mientras que los incondensables (cabezas) van a la columna E-303. Por el

fondo se extraen las flemazas que irn a la columna Hidroselectora junto con agua de reposicin

que entra a la columna.

27

El producto final sale cerca del tope como un vapor alcohlico que es enviado al condensador I-

312 y almacenado en los tanques R-317, R-318, R3-19 o R-320 (uno por supervisor de turno)

donde se toman muestras para realizar las pruebas de calidad pertinentes. En caso de cumplir los

estndares de calidad, el alcohol etlico es enviado a los tanques T-603, T-604 y T-605; en caso

contrario, se reingresa al alambique para su redestilacin.

4.2.4 Columna concentradora

A la columna Concentradora de 60 platos se le alimenta de las extracciones de tope (cabezas),

fsel y steres de la columna Rectificadora y la extraccin de tope (cabezas) de la columna de

Cerveza, con la finalidad de recuperar el alcohol etlico que pudieran contener estas corrientes, el

cual se enva a la columna Hidroselectora. Adicionalmente, la columna Concentradora posee un

separador interno de fsel que permite extraer por completo este componente y almacenarlo en el

tanque R-307 para que, aguas abajo, pueda ser reprocesado y recuperar as su contenido

alcohlico.

Por otra parte, la extraccin que corresponde a los steres junto con una fraccin de la

extraccin de tope (cabezas) de la columna Concentradora son almacenadas en el tanque R-321.

Estos congenricos son realimentados al sistema en el tanque de vino E-206 o al tanque de

aguardiente R-305 para lograr la recuperacin de trazas de etanol presente en la mezcla.

En resumen, cada columna es esencial al cumplir roles especficos dentro del tren de

separacin: la Destiladora permite separar la vinaza del resto del vino que se alimenta a

Alambique; la Hidroselectora ayuda a diluir el aguardiente para facilitar as la separacin del

etanol de otros congenricos; la Rectificadora se encarga propiamente de separar el etanol de

cualquier otro producto y, finalmente, la Concentradora acumula y concentra todos los

congenricos para poder extraer trazas de alcohol etlico en ellos, adems de separar el fsel que

ser empleado aguas abajo en otro proceso productivo de CARST.

CAPTULO 5

RESULTADOS Y DISCUSIN

Para el balance de masa global se han considerado todas las materias primas e insumos

necesarios para la produccin y se han identificado las corrientes de salida del proceso, ya sean

stas de producto principal, subproductos o corrientes residuales generadas. As, aplicando el

principio de conservacin de la materia para un sistema estacionario, se tiene la ecuacin 5.1

donde las se refieren a los flujos de melaza, agua, crema de levadura, nutrientes,

H2SO4 y antiespumante; mientras que las son representadas por los flujos de alcohol

etlico a 96,4 GL, agua, vinaza, lodos, CO2, fsel de la Concentradora y congenricos

(conformados por cabezas y steres de la Concentradora).

Los resultados se presentarn para dos escenarios: el terico y el real. Para el primero se ha

supuesto que se trabaja con una eficiencia total, logrando que los equipos y operaciones que se

realizan sean ptimos. En cambio, para el caso real se toman en cuenta los flujos actuales con los

que CARST trabaja, donde la eficiencia de equipos y procesos se encuentra desviada de la

idealidad. El balance de masa terico permitir tener un marco de referencia y establecer as una

comparacin contra el caso real.

5.1 Balance de masa terico

Para la realizacin del balance de masa terico se tom como base de clculo una produccin

de 30000 LAA/da (20,83 LAA/min), cercano al promedio de produccin segn los datos de la

empresa registrada en la Tabla 5.1, tomada para diez ciclos de levadura.

29

Tabla 5.1. Datos de consumo de melaza y produccin de mosto y alcohol etlico de CARST

Ciclo Consumo melaza

(kg/da)

Alcohol producido Mosto

Produccin

(LAA/da) Fuerza real ( GL)

Produccin

(L/da) Fuerza real ( GL)

1 108862 36018 96,3 481281 8,30

2 94805 29373 95,8 470.066 7,70

3 96158 26279 95,8 430.730 7,85

4 102827 30267 96,2 445193 7,97

5 71790 24458 96,3 304290 7,60

6 82839 25994 96,1 368424 7,43

7 94294 27151 96,1 474379 7,80

8 106719 31915 96,2 473980 7,60

9 101117 29646 96,3 454909 7,37

10 108337 31366 96,2 484548 7,70

Promedio 96775 29247 96,1 438780 7,73

Todos los balances de masa realizados se muestran en el Apndice E por lo que se har

referencia a los resultados hallados con las ecuaciones all mostradas.

5.1.1 Fermentacin

Todos los flujos msicos tericos de fermentacin son presentados en la Tabla 5.2 de donde, a

continuacin, se detallar en algunos de los clculos realizados y los valores obtenidos para las

corrientes desconocidas.

Para comenzar, fue necesario conocer el grado alcohlico del mosto fermentado que se obtiene

en esta rea del proceso. Para ello se tom el valor a la salida de la cuba 5 y no del tanque de vino

ya que all se recirculan congenricos del Alambique y se obtendra una falsa lectura del

30

rendimiento del proceso. En este sentido, en la Tabla 5.1 se muestra que, en promedio, el mosto

fermentado obtenido est a 7,73 GL, con lo que, siguiendo las ecuaciones de balance de masa

que se muestran en el Apndice E, se obtiene un flujo de 225,34 kg/min de vino.

Tabla 5.2. Flujos msicos tericos de fermentacin

Descripcin de corriente Flujo msico (kg/min)

Alimentacin de melaza 78,33

Agua para dilucin de melaza 80,15

Melaza diluida 158,48

Vapor para esterilizar la melaza 1,42

Melaza esterilizada 159,90

Lodos retirados por centrfugas 13,97

Melaza clarificada 145,93

Alimentacin de melaza a cuba 1 67,13

Alimentacin de melaza a cuba 2 49,62

Alimentacin de melaza a cuba 3 29,19

Alimentacin de nutrientes a cuba 1 3,94

Alimentacin de crema a cuba 1 220,35

CO2 producido en cubas 21,85

Mosto a la salida de cuba 5 349,21

Recuperacin de crema en separadoras 123,87

H2SO4 en tanque de crema 0,84

Agua para dilucin de crema 96,48

Vino para alimentar alambique 225,34

Congenricos al tanque de vino 0,98

31

5.1.1.1 Dilucin de melaza

Para la dilucin de la melaza, se debe llevar de 76,88 bx (densidad promedio a la que se recibe,

mostrada en la Tabla 5.3) hasta 38 bx. Al realizar el balance respectivo se obtiene un flujo de

agua de 80,15 kg/min.

Tabla 5.3. Datos de la melaza que alimenta al rea de fermentacin

(Laboratorio de Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012)

Fecha bx % Azcares

totales

% Azcares no

fermentables

% Azcares

fermentables

15-mar-10 77,20 62,3 2,3 60,0

12-abr-10 77,50 61,9 2,4 59,5

27-jul-10 76,30 58,8 2,6 56,2

11-ago-10 76,30 58,8 2,6 56,2

16-ago-10 75,00 62,9 2,2 60,7

13-sep-10 75,70 58,8 2,2 56,6

27-sep-10 75,70 58,8 2,6 56,2

11-oct-10 76,60 60,6 2,2 58,4

06-dic-10 76,10 51,3 2,0 49,3

24-ene-11 78,40 57,9 1,5 56,4

14-feb-11 77,10 58,8 2,3 56,5

24-feb-11 76,50 58,7 1,5 57,2

30-may-11 76,10 61,6 1,6 60,0

06-jun-11 76,50 60,2 2,0 58,2

32

Tabla 5.3. Datos de la melaza que alimenta al rea de fermentacin (continuacin)

(Laboratorio de Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012)

Fecha bx % Azcares

totales

% Azcares no

fermentables

% Azcares

fermentables

25-jul-11 76,90 63,2 2,1 61,1

11-abr-11 77,50 64,5 2,0 62,5

22-ago-11 78,20 63,7 2,0 61,7

03-oct-11 76,20 57,1 1,8 55,3

31-oct-11 74,40 52,6 2,1 50,5

14-nov-11 77,70 60,5 2,5 58,0

05-dic-11 77,50 60,3 2,2 58,1

13-ene-12 78,40 54,0 3,0 51,0

24-ene-11 77,20 61,4 2,8 58,6

31-ene-12 75,90 60,4 2,4 58,0

06-feb-12 77,90 61,4 2,3 59,1

13-feb-12 80,20 51,2 3,0 48,2

Promedio 76,88 59,29 2,24 57,05

5.1.1.2 Esterilizacin de melaza

La cantidad de vapor utilizada en esta etapa debe apoyarse en el balance de energa que se

muestra en el Apndice E, donde la melaza diluida debe pasar de 75 a 80 C. Para este balance,

33

se ha tomado un valor de Cp de la melaza diluida de 3,59 kJ/kgC (CBT Ingeniera Venezolana S.

A., 2010) y un calor de vaporizacin (Vaporizacin) a 150 psi de 2.009,223 kJ/kg (Perry, 1984).

De esta manera se obtiene un flujo de vapor de 1,42 kg/min y 159,90 kg/min de melaza

esterilizada.

5.1.1.3 Clarificacin de melaza

Para conocer la cantidad de lodos que trae la melaza se emplea la definicin de grados brix

mostrada ecuacin 2.1 de los fundamentos tericos. De all, conociendo como dato el porcentaje

de azcar total de 59,29% que se registra en la Tabla 5.2, se calcula que un 17,83 % de la muestra

son lodos. Este valor equivale a una remocin terica total de 13,97 kg/min de lodos por parte de

las clarificadoras C-201 y C-202, obteniendo un flujo msico total de melaza diluida, esterilizada

y clarificada antes de entrar a la batera de reaccin de 145,93 kg/min.

5.1.1.4 Alimentacin a las cubas

Segn los datos que se obtuvieron en la revisin bibliogrfica del proceso y su diseo, se

conoce que tericamente un 46% de la melaza clarificada se debe alimentar a la cuba 1, un 34% a

la cuba 2 y un 20% para la cuba 3 (C. A. Ron Santa Teresa, 1976); esto da como resultado unos

flujos msicos respectivos de 67,13; 49,62 y 29,19 kg/min para cada cuba.

En cuanto a la cantidad de crema, de acuerdo a bases de diseo de la planta, esta debe ser 1,51

veces la cantidad de melaza alimentada a los reactores (C. A. Ron Santa Teresa, 1976), por lo que

se tiene un flujo msico terico de 220,35 kg/min de crema diluida para la primera cuba.

Adicional a esto, a la cuba 1 son alimentados tambin los nutrientes en la siguiente relacin:

0,05 kg/min de fosfato diamonio y 0,03 kg/min de urea (Ortega, 2011). Estas cantidades son

diluidas con 3,85 kg/min de agua, lo que da un total de nutrientes diluidos de 3,94 kg/min.

5.1.1.5 Produccin de CO2

De los 78,33 kg/min de melaza alimentada al sistema, un promedio de 57,05% son azcares

fermentables, como se muestra en la Tabla 5.2. Segn estequiometra, como se presenta en el

marco terico, el 48,9% del azcar se convierte en CO2, lo que representa para el caso terico del

presente estudio un flujo de 21,85 kg/min de dixido de carbono producido.

34

5.1.1.6 Produccin de mosto fermentado y recuperacin de crema

Finalmente, al hacer un balance de masa global en las cubas se obtiene un flujo de 349,21

kg/min de mosto fermentado. La crema recuperada en las centrfugas se obtiene con un balance

entre el vino y el mosto fermentado, lo que da como resultado un flujo de crema recuperada de

123,87 kg/min y agua de dilucin de la crema de 96,48 kg/min.

5.1.1.7 Dosificacin de H2SO4 y congenricos

Segn registros de los datos de Destilera, se adicionan 0,84 kg/min de cido sulfrico al tanque

de crema para controlar su pH. Adicionalmente, se agrega al tanque de vino un flujo de 0,98

kg/min de congenricos para ser reprocesados en Alambique, conformado por los flujos tericos

de cabezas y steres de la Concentradora que se encuentran en la Tabla 5.4.

5.1.2 Destilacin en alambique

Para obtener los valores tericos de flujos msicos en el Alambique que se presentan en la

Tabla 5.4 se emplearon los balances de materia que se encuentran en el Apndice E.

Tabla 5.4. Flujos msicos tericos de alambique

Descripcin de corriente Flujo msico

(kg/min)

Alimentacin vino de fermentacin 231,77

Aguardiente de la Destiladora 25,85

Cabezas de la Destiladora 0,70

Vinaza 208,39

Anti-incrustante 2,19

Aguardiente diluido de la Hidroselectora 78,49

Producto qumico 0,01

Flemazas de la Rectificadora 65,55

35

Tabla 5.4. Flujos msicos tericos de alambique (continuacin)

Descripcin de corriente Flujo msico

(kg/min)

Cabezas de la Concentradora 0,52

Fsel de la Concentradora 0,46

steres de la Concentradora 0,46

Flemazas de la Concentradora 8,47

Cabezas de la Rectificadora 1,21

Fsel de la Rectificadora 0,57

steres de la Rectificadora 0,53

Agua de reposicin 6,79

Producto final 17,42

Congenricos al R-321 0,98

Como entrada a los balances de masa se utiliz la misma base de clculo que para el rea de

fermentacin (30000 LAA/da) y se tomaron de las bases de diseo tericas del Alambique los

flujos correspondientes para las salidas de extracciones (cabezas, steres y fsel). Estos flujos,

entregados por C. A. Ron Santa Teresa, se presentan en la Tabla 5.5 y estn referidos a un

porcentaje del flujo de producto final.

Tabla 5.5. Flujos tericos de extracciones en relacin al flujo de alcohol etlico

Extracciones Flujo (% del flujo de alcohol etlico)

Cabezas Destiladora 4

Cabezas Concentradora 4 a 2

36

Tabla 5.5. Flujos tericos de extracciones en relacin al flujo de alcohol etlico (continuacin)

Extracciones Flujo (% del flujo de alcohol etlico)

steres Concentradora 3 a 2

Fsel Concentradora 40 a 20 Lph

Cabezas Rectificadora 8 a 5

Fsel Rectificadora 4 a 2

steres Rectificadora 4 a 2

Adems fue necesario conocer la fuerza real de las salidas y entradas de las diferentes columnas

de destilacin para poder llevar a cabo los balances de alcohol. Los valores de la graduacin

alcohlica de cada corriente se encuentran en la Tabla 5.6, donde se puede observar que las

extracciones llamadas cabezas van aumentado su grado alcohlico a medida que avanza la

destilacin, lo que hace que se concentre an ms el alcohol. En este sentido, las cabezas de la

Rectificadora tienen una fuerza real mayor que las de la Concentradora y stas, a su vez, mayor

que las de la Destiladora. Por otro lado, llama la atencin que los steres y fsel de la columna

Concentradora tengan menor graduacin que las corrientes de estos compuestos en la

Rectificadora; esto se debe a que en la E-303 se concentran los steres y fsel, haciendo pasar el

alcohol etlico que se les retira a la Hidroselectora y disminuyendo as el grado alcohlico en

ellos. En cambio, la Rectificadora trabaja con grandes concentraciones de alcohol, al ser la ltima

columna del tren de destilacin de donde se obtiene el producto final.

Tabla 5.6. Fuerza real de las corrientes de alambique

Corriente Fuerza real ( GL)

Aguardiente 72,30

Cabezas Destiladora 86,45

Aguardiente Diluido 26,09

Alcohol de la Concentradora 96,02

37

Tabla 5.6. Fuerza real de las corrientes de alambique (continuacin)

Corriente Fuerza real ( GL)

Cabezas Concentradora 96,70

steres Concentradora 79,05

Fsel Concentradora 73,95

Cabezas Rectificadora 97,10

steres Rectificadora 91,41

Fsel Rectificadora 81,80

Alcohol etlico 96,40

5.1.2.1 Dosificacin de anti-incrustante y producto qumico

El anti-incrustante es fundamental en la columna Destiladora pues esta trabaja con slidos

suspendidos que pudieran causar taponamientos en equipos y tuberas, afectando directamente la

eficiencia del proceso. El anti-incrustante es diluido con agua y su dosificacin variar segn la

cantidad de vino que se alimenta a Alambique, tal como se aprecia en la Tabla 5.7.

Tabla 5.7. Dosificacin de anti-incrustante a alambique

(Laboratorio de Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012)

Caudal de alimentacin de

vino a Destiladora (Lph) Anti-incrustante (kg)

15000 1,0

18000 1,3

20000 1,5

38

Tabla 5.7. Dosificacin de anti-incrustante a alambique (continuacin)

(Laboratorio de Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012)

Caudal de alimentacin de

vino a Destiladora (Lph) Anti-incrustante (kg)

22000 1,6

25.000 1,8

27000 1,95

30000 2,2

Como producto qumico se emplea Soda Ash (Carbonato de Sodio) y Metabisulfito de Sodio

diluidos en agua, alimentados a la Hidroselectora para controlar los valores de pH y eliminar

cualquier olor en el alcohol. Los valores tericos se encuentran en la Tabla 5.8 y se obtuvieron de

datos del Laboratorio de Destilera.

Tabla 5.8. Producto qumico terico administrado a alambique en la Hidroselectora

(Laboratorio de Destilera de C. A. Ron Santa Teresa, 2012)

Compuesto Masa (kg)

Soda Ash 1,16

Metabisulfito de Sodio 0,83

Agua 0,99

5.1.2.2 Agua de reposicin

El agua de reposicin que se suministra al Alambique en la columna Rectificadora no estaba

planteado en el diseo del tren de destilacin. Este flujo fue una sugerencia posterior que permite

39

suministrar agua fresca y as disminuir la concentracin de congenricos en la columna. En planta

existe un rotmetro local que permite fijar el valor del flujo msico de agua de reposicin en 6,79

kg/min.

5.2 Balance de masa real

Las entradas a las ecuaciones de balance de masa real que se muestran en el Apndice F se han

obtenido de dos medios: tomando los flujos reales conocidos con los que trabaja actualmente

CARST, mostrados en un panel analgico en la Destilera; mientras que otros flujos, en cambio,

fueron medidos experimentalmente en planta. Por esta razn se ha vuelto importante incluir los

errores que puedan deberse a instrumentos de medicin, desviaciones estndares en las medidas y

su respectiva propagacin a travs de las ecuaciones del balance de materia. Las ecuaciones de la

propagacin de errores se muestran en el Apndice G.

5.2.1 Fermentacin

A continuacin en la Tabla 5.9 se disponen todos los valores de los flujos reales del rea de

fermentacin con su respectivo error.

Tabla 5.9. Flujos msicos reales de fermentacin con sus respectivos errores

Descripcin de corriente Flujo msico

(kg/min)

Error

(kg/min)

Alimentacin de melaza 88 30

Agua para dilucin de melaza 90 9

Melaza diluida 179 20

Vapor para esterilizar la melaza 1,5 0,5

Melaza esterilizada 180 20

Lodos retirados por centrfugas 47 9

Melaza clarificada 133 8

Alimentacin de melaza a cuba 1 81 4

40

Tabla 5.9. Flujos msicos reales de fermentacin con sus respectivos errores (continuacin)

Descripcin de corriente Flujo msico

(kg/min)

Error

(kg/min)

Alimentacin de melaza a cuba 2 34 3

Alimentacin de melaza a cuba 3 17 2

Alimentacin de nutrientes a cuba 1 3,93 0,03

Alimentacin de crema a cuba 1 232 7

CO2 producido en cubas 27 1

Mosto a la salida de cuba 5 369 20

Recuperacin de crema en separadoras 96,10 0,06

H2SO4 en tanque de crema 0,84 0,01

Agua para dilucin de crema 136,5 0,1

Vino para alimentar alambique 273 20

Congenricos al tanque de vino 1,7 0,2

5.2.1.1 Dilucin y esterilizacin de la melaza

Anlogo al balance de masa terico de la seccin anterior, se realizaron los balances

presentados en el Apndice F y se obtuvo un flujo total de melaza diluida de 179 20 kg/min,

mientras que al esterilizarla se agregan 1,5 0,5 kg/min de vapor de agua.

5.2.1.2 Clarificacin de la melaza

El valor real de lodos retirado de la melaza fue hallado mediante un balance de masa realizado

en el tanque de lodos, donde entra agua para desenlodar las clarificadoras, agua para arrastrar el

41

material slido y los lodos. Con este balance se obtuvo un flujo msico de lodos igual a 47 9

kg/min.

5.2.1.3 Alimentacin a las cubas

De acuerdo al panel en Destilera, los flujos para las cubas 1, 2 y 3 estaban fijados en 81 4; 34

3 y 17 2 kg/min, respectivamente; mientras que el flujo real de la crema era 232 8 kg/min.

Por su parte, los nutrientes que se alimentan en la primera cuba se componen por 23 kg de

fosfato diamonio y 14 kg de urea (Ortega, 2011). Estas cantidades son diluidas cada ocho horas

en el tanque R-211 con 1,85 m3 de agua, lo que da un total de nutrientes diluidos de 3,93 0,03

kg/min.

5.2.1.4 Produccin de CO2

Anlogo al balance realizado en la seccin anterior, conociendo el porcentaje de azcar

fermentables y la cantidad de melaza alimentada a la fermentacin, estequiomtricamente se tiene

un flujo msico de dixido de carbono de 27 2 kg/min.

5.2.1.5 Produccin de mosto fermentado y recuperacin de crema

Con un balance global en la batera de reaccin, se obtiene un flujo msico real de mosto

fermentado igual a 369 20 kg/min. La recuperacin de crema fue medida experimentalmente a

la salida de las centrfugas C-210 A/B, registrndose un valor de 96,10 0,06 kg/min. Para la

dilucin de la crema se emplea entonces la cantidad de 136,5 0,1 kg/min de agua.

5.2.1.6 Dosificacin de H2SO4 y congenricos

El flujo de cido sulfrico se ha fijado en 0,84 0,01 kg/min para ser agregados al tanque de

crema, segn datos suministrados por Destilera. Por otro lado, los congenricos que se alimentan

al tanque de vino se componen de steres y cabezas de la Concentradora, obteniendo un flujo real

de 1,7 0,2 kg/min.

5.2.2 Destilacin en Alambique

A diferencia del caso terico, en el caso real se considerarn las posibles mermas que se puedan

presentar en Alambique, especficamente en las columnas Destiladora, Concentradora y

Rectificadora. Debido a que estas mermas son liberadas al ambiente y es imposible conocer su

graduacin alcohlica, se ha supuesto que poseen la misma fuerza real que los flujos de las

cabezas en cada una de las columnas respectivas; en cuanto a las mermas totales, se supuso que

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su grado alcohlico estara promediado en 90 GL. Todos estos valores se presentan en la Tabla

5.10.

Tabla 5.10. Fuerza real de las mermas en el alambique

Corriente Fuerza real ( GL)

Mermas de la Destiladora 86,45

Mermas de la Concentradora 96,02

Mermas de la Rectificadora 97,10

Mermas totales 90,00

Con los balances de masa presentados en el Apndice F se han obtenido los flujos reales para

Alambique que se muestran en la Tabla 5.11. Cada uno de los flujos est acompaado adems de

su respectivo error propagado.

Tabla 5.11. Flujos msicos reales de Alambique con sus respectivos errores

Descripcin de corriente Flujo msico (kg/min)

Error (kg/min)

Alimentacin vino de fermentacin 420 40

Aguardiente de la Destiladora 31 4

Cabezas de la Destiladora 0,92 0,06

Mermas de la Destiladora 10 7

Vinaza 379 50

Anti-incrustante 2,19 0,03

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Tabla 5.11. Flujos msicos reales de alambique con sus respectivos errores (continuacin)

Des