Diseño de una Planta Productora de Tequila

DISEÑO DE UNA PLANTA PRODUCTORA DE TEQUILA

Diseño de una Planta Productora de Tequila Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores - Zaragoza Ingeniería Química

Laboratorio y Taller de Proyectos – 8º Semestre

Elaborado por Aguirre Barragán Fernando Cervantes Morales Tzamn Perea Rangel Luisa Betzabet Guadalupe Pérez Sánchez Roberto Sainos García Diana Alejandra Sierra Juárez Ivonne Vargas García Michel

Con la asesoría de I.Q. Cornelio Flores Hernández

Grupo 4801 17 de mayo de 2018 1

Objetivos: 

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Familiarizarse con el proceso, cuyo índice de aprovechamiento puede ser rentable en la elaboración de otro producto. Aplicar conceptos de la ingeniería básica básica para la elaboración de una planta planta de producción de tequila de agave. Introducirse a la industria tequilera, que es un área en constante expansión.

Justificación: 

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El sector tequilero es grande en México, por por lo que la producción de tequila ofrece grandes oportunidades económicas y de futura exportación del producto. La mayoría de las las industrias industrias enfocadas en la producción de bebidas engloban operaciones unitarias similares presentes en la elaboración elabor ación del tequila, por lo que conocerlas y dominarlas ofrece oportunidades laborales. El abrir una planta ofrece oportunidades de crecimiento al sector agrario en México, al fomentar el consumo de agave 100% mexicano.

Alcance:  

La materia prima es recibida en camiones y almacenada en bodegas. El proceso llega hasta el almacenamiento del producto en barricas.

El tequila es un destilado originario del municipio de Te quila en el estado de Jalisco, México. Se elabora a partir de la fermentación y destilado al igual que el mezcal, jugo extraído del agave, en particular el llamado agave azul (Agave tequilana Weber), con denominación de origen en cinco estados de la República Mexicana (Guanajuato, Michoacán, Nayarit, Tamaulipas y Jalisco ya que en los tres primeros solo se puede producir en algunos municipios, los fronterizos a Jalisco). Es quizá la bebida más conocida y representativa de México en el mundo.

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ÍNDICE I.

II.

III.

IV.

Generalidades a. Bebidas en la industria b. Tequila, su historia y origen c. Clasificación taxonómica del agave tequilero d. Tipos de tequila e. Regulación del tequila Proceso generalizado de elaboración a. Operaciones unitarias principales del proceso de elaboración de agave b. Propiedades físicas, químicas, de manejo y tóxicas i. Propiedades físicas y químicas 1. Materia prima 2. Producto terminado 3. Subproductos y productos intermedios ii. Propiedades de manejo 1. Almacenamiento 2. Desalmacenamiento iii. Propiedades tóxicas y de seguridad (explosividad, toxicidad o propiedades específicas) Estudio de mercado a. Producción de tequila i. Principales productores 1. Nivel mundial 2. Nivel nacional ii. Demanda y consumo b. Exportación e importación c. Tendencias del mercado Bases de diseño a. Generalidades i. Función de la planta ii. Tipo de proceso b. Capacidad, rendimiento y flexibilidad i. Capacidad ii. Rendimientos iii. Flexibilidad c. Especificación de la alimentación d. Condiciones de las alimentaciones en límite de batería e. Especificación de los productos i. Especificaciones de los subproductos f. Agentes químicos g. Instalaciones requeridas de almacenamiento i. Alimentaciones 3

ii. Productos h. Servicios auxiliares i. Vapor ii. Condensado iii. Agua 1. Agua de enfriamiento 2. Agua potable (para dilución) 3. Agua contra incendio 4. Agua para caldera 5. Agua para proceso 6. Análisis del agua iv. Aire 1. Aire de instrumentos v. Combustibles i. Información meteorológica del sitio i. Temperatura ii. Estadística pluvial iii. Estadística de tormentas eléctricas iv. Viento v. Humedad vi. Atmósfera j. Localización de la planta i. Elevación sobre el nivel del mar k. Normas, códigos y especificaciones V. Desarrollo del proyecto a. Descripción del proceso b. Balance de materia y energía c. Diagrama de flujo de proceso d. Diagrama de tuberías e instrumentación e. Datos de equipos f. Layout g. Reactor fermentador h. Clean In Place (CIP) VI. Análisis de resultados VII. Conclusiones VIII. Anexos IX. Bibliografía

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Capítulo I. Generalidades a) Bebidas en la industria La palabra “bebida” es una palabra de uso común que se refiere a todo tipo de

líquidos (naturales o artificiales) que pueden ser utilizados para el consumo humano. Desde el agua potable hasta los productos líquidos más exóticos pueden ser considerados bebidas, siempre y cuando, su consumo esté permitido para el hombre. Cuando se habla de bebidas se hace referencia principalmente a aquellos productos que suponen cierta elaboración como lo pueden ser las bebidas gaseosas, los jugos, las infusiones o bebidas alcohólicas.

Descripción del sector La industria de las bebidas se compone de dos categorías principales y ocho subproductos. La categoría de bebidas sin alcohol comprende: la fabricación de jarabes de bebidas refrescantes; el embotellado y enlatado de agua y bebidas refrescantes; embotellado, enlatado y envasado en cajas de zumos de frutas; la industria del café; la industria del té. La categoría de las bebidas alcohólicas incluye el vino, cerveza y los licores destilados, este último, en el cual estará basado este proyecto.

Clasificación de las bebidas 

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Bebidas no carbonatadas. Por ejemplo: Agua natural, té natural de hierbas, cáscaras, hojas, raíz, etc.; jugos naturales de frutas (naranja, toronja, mandarina, sandía, melón, kiwi, etc.) Bebidas carbonatadas. Son bebidas saborizadas, con efervescencia y sin alcohol, como los refrescos gasificados. Bebidas isotónicas o deportivas: Se les llama así a las bebidas que rehidratan el cuerpo cuando se termina de hacer actividad física o cualquier ejercicio, proporcionando sales y minerales. Bebidas “Ready to drink (listas para beber)”: Son bebidas que se preparan con alcohol, pero con baja graduación alcohólica. Bebidas “Energy drink”: Este tipo de bebida estimula el cuerpo para proporcionar mayor energía. Bebidas alcohólicas: Estas bebidas contienen alcohol etílico entre sus componentes.

Bebidas Alcohólicas Las bebidas con alcohol son sustancias que contienen, en mayor o menor medida etanol (alcohol etílico). Dicho compuesto es digerido fácilmente por el organismo, pero su consumo en exceso puedo ocasionar graves daños a la salud. 6

La clasificación de estas sustancias se hace a partir de su procedencia, su graduación alcohólica o su elaboración. De estos tres, la más general (y la más usada) es la basada en la forma de elaboración. Según su forma de elaboración: Aquí se encuentran cuatro tipos de bebidas alcohólicas: fermentadas, destiladas (o espirituosas), fortificadas (o generosas), y los licores y cremas.

1. Bebidas Fermentadas. Estas fue el primer tipo de bebidas que existió. Se las denomina así porque se producen a través de un mecanismo químico llamado “fermentación alcohólica ”, en el que el azúcar propio de las frutas, las hierbas o las semillas, se convierte en alcohol por la acción de algunos microorganismos; en este caso, de bacterias de levadura. En este grupo, que por lo general posee una graduación alcohólica baja (515º), se encuentran:           

Vinos Cervezas Champagne Chicha Cava Sake Vermut Sidra Sato Pulke Tepache, etc

2. Bebidas destiladas (o espirituosas). Estas bebidas se obtienen a través de la destilación. Este proceso consiste en hervir jugos o zumos ya fermentados para separar el alcohol del agua, y así tener una mayor graduación alcohólica (que van entre los 17 a 45º). En ocasiones se le suele agregar otros ingredientes (almidón o frutas) para aumentar el sabor. En este grupo se encuentran:         

Vodka Whisky Tequila Ron Ginebra Brandy Pisco Coñac Orujo, etc. 7

3. Bebidas fortificadas o generosas. Éstas se las obtiene, primero, por fermentación para luego ser 'fortificadas' a través de la adición de un alcohol proveniente de una destilación. Ésto se hace con el objetivo de equilibrar los sabores, pero a la vez se incrementa su graduación alcohólica. Los principales ejemplos de este grupo son los vinos fortificados, de los cuales tenemos:     

Oporto Jerez Marsala Madeira Banyuls francés, etc

4. Licores y cremas. Estas bebidas alcohólicas se las obtiene por maceración, infusión o destilación de diversas sustancias vegetales naturales (frutas, hierbas, etc) con alcoholes destilados aromatizados y con una cantidad determinada de azúcar. Debido a que las frutas (u otras especias naturales) son el ingrediente principal, existe una inmensa variedad de licores y cremas e n el mundo, ya que dependen de la región geográfica dónde se los prepara. Estas bebidas poseen un contenido alcohólico superior a los 15º (llegando a superar los 50º).

Importancia económica La industria de las bebidas emplea a varios millones de personas en todo el mundo, y cada tipo de bebida produce unos ingresos del orden de billones de dólares anuales. No cabe duda de que en algunos pequeños países en desarrollo la producción de café por ejemplo es el principal soporte de la economía global. Según un informe de Beverage Marketing Corporation , el consumo de agua embotellada supera al de los refrescos por primera vez en Estados Unidos, en el año 2016, el mercado del agua embotellada creció un 9%, estableciéndose un consumo per cápita anual de 147’6 litro s, mientras que el de los refrescos se situó en 145’7 litros. A finales de la década de los 90, el consumo medio de refrescos se situaba en 180’2 litros. El consumo de agua ha ido creciendo año tras año,

teniéndose en 2015 un volumen mundial de agua embotellada de 375 millones de litros. El té creció 55 mil millones de litros, ocupando el segundo lugar en crecimiento de volumen entre todas las bebidas. Dentro de la categoría de agua embotellada, las ventas mundiales de agua saborizada crecieron un 4% en 2015 para llegar a 7.5 mil millones de litros. 8

Durante 2016, en cada hogar mexicano se compraron más de 1,500 litros de agua embotellada, convirtiendo a México en el mayor consumidor de Latinoamérica. En comparativa, la “sed” mundial de cerveza está disminuye ndo. Por primera vez,

los procesadores de cerveza en todo el mundo vieron caer el mercado por dos años sucesivos, en 2014 un 0.5% y en 2015 un 1.5%. Las marcas mexicanas de cervez importada tuvieron fuertes tasas de crecimiento en 2016, con algunas todavía creciendo a fuertes tasas de dos dígitos, debido al fuerte desempeño de las marcas de cerveza mexicanas, hablando, tanto de marketing y posicionamiento de marca, como de demografía. México, el principal exportador de cerveza del mundo, tuvo ventas en el 2016 por US$2.814 millones, un alza de 10.7% frente a lo logrado en el 2015. El tequila se ha vuelto la categoría de mayor crecimiento de bebidas alcohólicas en el último año en el mercado mexicano, en gran parte por un mayor consumo en sus productos Premium y ultra Premium, con un 16.3% en ventas valor y 6% en volumen, de acuerdo con la consultora Iscam. En el reporte a 2016, la segunda categoría con la misma fuerza en ventas valor, es whisky, con cinco puntos de diferencia. El tequila ha pasado de ser una bebida común y corriente en el mercado mexicano, a ser una bebida de lujo enfocada a consumidores conocedo res de la categoría con marcas Premium como los llamados “cristalinos”, entre los que destacan “Don Julio 70”, “Maestro Tequilero”, “1800” y “Herradura”. “Patrón” es uno de los principales competidores en venta de tequila Premium en Estados Unidos, además de “Diageo” (con la venta de “Don Julio 70” y “Cuervo”, “Maestro “Mae stro Dobel” y “1800”, con un volumen

de ventas de más de 2 millones de cajas anualmente).

Características de la población activa Aunque los ingredientes y los métodos de producción de las bebidas varíen, el personal empleado en esta industria suele presentar muchas características en común. En el proceso de recolección de las materias primas, ya sean granos de café, cebada, lúpulo o uvas, se emplea a individuos o familias de bajos ingresos, no cualificados. Además de constituir su principal fuente ingresos, la recolección determina en gran medida su cultura y estilo de vida. En cambio, la elaboración del producto requiere operaciones automáticas y mecanizadas, y habitualmente da empleo a trabajadores manuales semicualificados. En las instalaciones de producción y en las áreas de almacenamiento, los puestos más comunes son los de operario de máquinas de envasado y llenado, operario de cinta transportadora y trabajadores mecánicos y manuales. La formación para estos puestos se realiza en el propio lugar y se completa con instrucción sobre el trabajo. A medida que avanzan la tecnología y la automatización, la plantilla se reduce en número y adquiere mayor importancia la formación técnica. Este personal de fabricación semicualificado suele contar con el apoyo de un grupo técnico altamente calificado, integrado por ingenieros 9

industriales, jefes de fabricación, contables y técnicos en garantía de calidad/seguridad de alimentos. En general, las empresas de bebidas distribuyen sus productos a los mayoristas utilizando medios de transporte corrientes. Sin embargo, los fabricantes de bebidas refrescantes normalmente emplean conductores para entregar sus productos directamente a los detallistas. Estos conductores-comerciales representan alrededor de una séptima parte de los trabajadores de la industria de bebidas refrescantes. El hecho de que en el decenio de 1990 exista una mayor preocupación por la salud en Europa y Norteamérica ha frenado el mercado de bebidas alcohólicas e incrementado la demanda de bebidas sin alcohol. Sin embargo, tanto las bebidas alcohólicas como las no alcohólicas están proliferando en los países en desarrollo de Asia, Suramérica y, en cierta medida, África. Como consecuencia de esta expansión, se están creando muchos puestos de trabajo para satisfacer las necesidades de producción y distribución.

INDUSTRIA DE LICORES DESTILADOS Se pueden obtener licores destilados a partir de muchos materiales, entre los que se encuentran las masas fermentadas de cereales, los zumos de fr uta fermentados, jugo de azúcar de caña, melazas, miel y jugo de cactus. La fermentación para elaborar vino y cerveza data de los años 5000 y 6000 a.C.; sin embargo, la historia de la destilación es mucho más reciente. Aunque no está claro dónde se originó la destilación, se atribuye a los alquimistas, y su uso comenzó a extenderse en los siglos XIII y XIV. Los primeros usos fueron fuer on fundamentalmente farmacéuticos.

Breve descripción del proceso Las bebidas alcohólicas se dividen en dos grupos dependiendo del modo de preparación: bebidas fermentadas, como el vino y la cerveza, y bebidas destiladas, como el whisky y el brandy. Los licores se preparan básicamente mezclando zumos o extractos de frutas, frutos secos u otros productos alimenticios La producción de licores destilados comprende las siguientes fases: recepción de los cereales, molienda, cocción, fermentación, destilación, conservación, mezclado y embotellado. El elevador de cereales recibe y pesa el grano que le llega y lo coloca en los recipientes apropiados. La molienda consiste en moler el grano necesario para la cuba de bracear la cerveza, clave del proceso de fermentación. Los cocederos reciben harina del molino y pastas con restos de grano, agua y amoniaco de un pH (acidez) y temperatura determinados. El almidón se solubiliza utilizando cocinas de chorro de vapor. Se añaden enzimas para romper el almidón 10

en moléculas más pequeñas, con lo que se reduce la viscosidad de la masa. La masa resultante se enfría a la temperatura de fermentación. La fermentación es el proceso mediante el cual los azúcares se convierten en alcohol y dióxido de carbono por acción de las levaduras. Los fermentadores se enfrían a temperaturas óptimas para las levaduras, pues las reacciones que tienen lugar son de naturaleza exotérmica. Es importante la desinfección: los sistemas biológicos de fermentación están en constante competencia con las bacterias oportunistas que pueden produc ir componentes de sabor no deseados. El tipo de destilación depende del licor que se desee obtener. Generalmente se utilizan alambiques de barro cuando se quiere dotar al producto de un “carácter”

especial, como es el caso del coñac y el whisky, mientras que, en general, se emplea la destilación continua en multicolumna para producir licores más neutros, que se usan como mezclas o como licores neutros de cereales. Un aspecto muy importante del funcionamiento de una destilería moderna es la recuperación de los subproductos. El grano residual (fermentado y desalcoholizado) es rico en proteínas, vitaminas, fibra y grasas y puede servir, una vez procesado convenientemente, como suplemento del pienso animal. Estos procesos consisten generalmente en centrifugación, evaporación, secado y mezclado. Los distintos tipos de whisky, brandy y ron son envejecidos (madurados) en barriles de roble quemados. La maduración tiene lugar durante una serie de años hasta conseguir las características finales que distinguen a estos productos. Una vez que han madurado, se mezclan y filtran y, a continuación, se envasan como productos finales para el consumidor. Las salas de embotellado están separadas del resto de las instalaciones, para proteger al producto de cualquier posible contaminante. La operación de llenado altamente automatizada exige un control de eficacia continuo. Las botellas vacías se transportan mediante cintas transportadoras a las máquinas de llenado. El envasado es la etapa final antes del almacenamiento. Este proceso se ha automatizado, aunque existe una pequeña cantidad que se envasa manualmente, dependiendo del tamaño de la botella y el tipo de envase. A continuación, los productos envasados entran en la máquina apiladora, que apila automáticamente las cajas en palés, que son trasladados con elevadoras transportadoras de horquilla al almacén.

Aspectos de salud y seguridad El problema de seguridad más evidente en las instalaciones donde se manejan granos es el peligro de incendio y explosión del polvo. Altas concentraciones de polvo de cereales pueden ser explosivas; por tanto, un buen servicio de mantenimiento es el factor más importante para reducir el riesgo de explosión del polvo de cereales. Ciertos cereales, si se humedecen o almacenan durante mucho tiempo, pueden generar calor, provocando provoca ndo así un riesgo de incendio. La rotación del

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cereal de un recipiente a otro o la adopción de un procedimiento de liberación del cereal “justo a tiempo” puede suprimir este riesgo.

La exposición a los vapores y gases liberados durante la producción de licores destilados representa un posible riesgo. Durante el proceso de fermentación, los gases refrigerantes pueden ser tóxicos y explosivos. Por consiguiente, son esenciales una ventilación adecuada y un mantenimiento estricto, incluido el empleo de un equipo intrínsecamente seguro como los respiradores. Especialmente significativos son los riesgos de asfixia debidos a los vapores de alcohol y al dióxido de carbono liberado en el proceso de fermentación, especialmente cuando los líquidos se transportan y decantan en depósitos y espacios confinados con una ventilación insuficiente. En este proceso, los trabajadores deben llevar respiradores.

Riesgos de entrada en espacios confinados en la industria de bebidas Un espacio confinado se define como aquel donde, por su construcción, localización, contenido o actividad de trabajo en su interior, puede producirse una acumulación de gases peligrosos, vapor, polvo o humo, o la creación de una atmósfera con escasez de oxígeno. Si se tiene que acceder a un espacio confinado, es obligatorio contar con un procedimiento de entrada en espacios confinados y que todos los trabajadores sean formados y educados en dicho procedimiento. Antes de acceder a un espacio confinado, se debe determinar la deficiencia de oxígeno y la presencia de gases combustibles y tóxicos. Los trabajadores han de llevar respiradores independientes de presión positiva u otros respiradores homologados al entrar en estos espacios. Es obligatorio llevar un control continuo mientras el personal está dentro del espacio confinado. Toda persona que entre debe ir provista del equipo de seguridad adecuado, con cuerdas en hombros y piernas. Se asignará un observador competente que mantendrá una vigilancia constante de los trabajadores que se encuentren en el espacio confinado, y se dispondrá de una per sona bien entrenada en las técnicas de respiración artificial. La industria de bebidas presenta muchas situaciones en que existe un riesgo de entrada en espacios confinados. Ejemplos de dichas situaciones son: • Tinas de mezcla en la industria de bebidas refrescantes en las que están presentes

vapores o gases nocivos. • Tanques de cereales en las industrias de la cerveza y de los licores destilados. • Tanques de fermentación en la elaboración de cerveza y vino.

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• Fermentadores y alambiques en la industria de licores destilados.

De vez en cuando, es preciso entrar en estos tanques de cereales, fermentadores, etc. para limpiarlos, repararlos, etc. Durante el proceso de fermentación, en particular, se produce un riesgo de asfixia por los vapores de alcohol y de dióxido de carbono liberados, si se accede a espacios confinados que no dispongan de una ventilación adecuada.

b) Agave, su origen e historia El tequila se produce de una planta llamada “Agave”, perteneciente a la familia de las agaváceas, originaria de regiones áridas y su existencia se registra desde hace aproximadamente 12 millones de años. En la actualidad existen alrededor de 290 especies de agaves distintos, pero sólo la especie “ Tequilana Weber ” variedad azul es la que puede utilizarse para elaborar el tequila. El tequila es una bebida de origen ancestral, que se h a producido desde el siglo XVI (aproximadamente desde 1538) y que toma el nombre de la región donde nace. Tequila es, por tanto, también el nombre de la ciudad que dio origen a esta agua ardiente y donde se encuentran un gran número de fábricas productoras de la bebida. El agave necesita un periodo de 6 a 8 años para llegar al punto de madurez donde los azúcares contenidos en la piña o corazón de la planta, se encuentran listos para la producción de la bebida.

Significado de la palabra Tequila. El origen náhuatl (tequitl: trabajo u oficio; tlan: lugar) de la palabra, habla de un lugar de trabajo. Sin embargo, una versión Figura 1.1. Agave tequilana complementaria sobre el origen de la palabra tequila hace referencia a la piedra que es típica de esa región, obsidiana, y que se tallaba para usarse como herramienta. Estas piedras se conocían por ese tiempo como tecatlis y por ende a quien la manejaba se le llamaba tecuilo. Así por costumbre al lugar se le comenzó a llamar Tecuila y posteriormente Tequila.

Historia del tequila. Entre las leyendas que explican el origen de la bebida, existe una que dice que el tequila se descubrió durante una tormenta eléctrica, cuando un rayo cayó sobre un sembradío de agaves y dada su intensidad, esto originó un incendio, donde posteriormente los vapores calentaron las bolas de agave, ocasionando que de ellas emergiera una miel de sabor dulce y aroma agradable que llamó la atención de los 13

nativos; quienes descubrieron que al fermentarse, ésta tenía poderes relajantes y efectos de euforia al beberla. Así que pensaron que era un regalo de los dioses de la embriaguez. Es por eso que en muchas pinturas que hacen referencia a la historia de la bebida, podemos ver al dios Baco en ellas. A la llegada de los españoles a México en 1519, el pulque era la única bebida alcohólica que se conocía. Una vez que introdujeron el proceso de destilación surgieron bebidas de alto grado alcohólico obtenidas del agave a las que originalmente llamaron "vino de agave" o "vino de mezcal", de donde posteriormente Figura 1.2. Mural perteneciente a la surgió el tequila. Según la historia, en tequilera “La Antigua Cruz” 1750 los Amatitecos, vecinos de Amatitán, Jal. (Que se encuentra a 15 km de Tequila, Jal.), cocieron la piña del maguey, la molieron y fermentaron su jugo, para destilarlo en ollas, obteniendo así un líquido con alta concentración alcohólica, llamado mezcal, que en náhuatl significa "cocimiento de Maguey". En la población de Tequila, Jalisco, esta misma bebida fue destilada usando alambiques, obteniéndose así el Tequila que hasta hoy conocemos. Durante muchos años se le conoció como vino de mezcal o mezcal tequila , ya que mezcal era uno de los nombres del agave. Y en la historia se cuenta que los primeros en darle el nombre de tequila a la bebida, fue uno de los Figura 1.3. Don productores más importantes para la industria del Cenobio Sauza tequila, Don Cenobio Sauza, que cambió el nombre de vino mezcal de tequila a tequila. Para que la bebida destilada producida del agave azul pueda ser llamada Tequila, tiene que ser producida en un área delimitada geográficamente, como es el caso del Champagne y el Cognac. El 13 de octubre de 1977 en el Diario Oficial de la Federación, se estableció que sólo las empresas destiladoras del estado de Jalisco, pueden utilizar el nombre de tequila para su producto (Rico, 1995 y Norma Oficial Mexicana, 1998). Actualmente se ha permitido que dicha denominación también pueda ser usada por 44 municipios de los estados de Guanajuato, Nayarit y Michoacán.

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El tequila ha adquirido importancia por la creciente demanda nacional e internacional, siendo la actividad de campo un componente importante y decisivo para el abastecimiento de la materia prima, el agave tequilero Agave tequilana Weber variedad azul para la producción de tan importante bebida. Consecuentemente, el cultivo se ha establecido en forma intensiva y existe una tendencia a incrementar la superficie cultivada con este agave. En México fue declarada la Zona de Denominación de Origen Tequila mediante decreto del Diario Oficial Mexicano, en octubre de 1974.

c) Clasificación taxonómica del agave tequilero Agave tequilana Weber El Agave tequilana Weber es una planta xerófila (que crece en zonas áridas y cálidas) de hojas color azul-verdoso, delgadas y casi planas; mide aproximadamente 1.25 m de largo y 10 cm de ancho y tiene una espina terminal de color rojo oscuro de 2 cm. En una hectárea de cultivo se tienen aproximadamente de 2,500 a 2,800 plantas que dependiendo del clima alcanzan su madurez en un período de seis a diez años. Los terrenos más aptos para su cultivo son los resecos, de tipo arcilloso, ricos en sílice de color rojizo, alto y pedregoso. Pertenece a la familia de las agaváceas, que se agrupan en el orden Asparagales. El género Agave lo constituyen 197 taxas: 136 especies, 26 subespecies, 29 variedades y 7 formas. En 1902, Weber describió el Agave tequilana y hasta la fecha las variedades de Agave tequilana Weber carecen de estudios taxonómicos particulares ignorándose aún las características propias y completas de cada una.

Descripción botánica Agave tequilana Weber variedad azul pertenece al subgénero Agave y a la sección Rigidae, a la cual también pertenecen una gran cantidad de especies fibreras y mezcaleras que se extienden en México y Centroamérica estando ausentes en los Estados Unidos. Este grupo es reconocible por la forma de sus hojas angostas y muy rígidas. La descripción botánica del mezcal.

Regiones productoras Se establece como territorio de origen el comprendido por la totalidad de los municipios en donde se cultiva el agave del Estado de Jalisco; en el Estado de Guanajuato, los municipios de Abasolo, Ciudad Manuel Doblado, Cuerámaro, Huanímaro, Pénjamo, Purísima del Rincón y Romita. Los municipios de Br iseñas de Matamoros, Chavinda, Chilchota, Churintzio, Cotija, Ecuandureo, Jacona, J iquilpan, Maravatío, Nuevo Parangaricutiro, Numarán, Pajacuarán, Peribán, La Piedad, Régules, Los Reyes, Sahuayo, Tancítaro, Tangamandapio, Tangancícuaro, Tanhuato, Tingüindín, Tocumbo, Venustiano Carranza, Villamar, Vistahermosa, 15

Yurécuaro, Zamora y Zináparo, del Estado de Michoacán. Los municipios de Ahuacatlán, Amatlán de Cañas, Ixtlán, Jala, Xalisco, San Pedro de Lagunillas, Lagunillas, Santa María del Oro y Tepic, del Estado de Nayarit y del Estado de Tamaulipas, los municipios de Aldama, Altamira, Antiguo de Morelos, Gómez Farías, González, Llera, Mante, Nuevo Morelos, Ocampo, Tula y Xicoténcatl. Algunos de los principales productores en México son:         

Tequila Acumbaro Tequila Canicas Tequila José Cuervo Tequila 1921 Tequila Sauza Tequila Herradura Tequila Cazadores Tequila Don Julio Tequila San Matías.

d) Tipos de tequila En el mercado existen una gran variedad de marcas de tequila, algunas con un reconocido prestigio y otras nuevas de dudosa calidad. El tequila se clasifica en dos tipos, de acuerdo a su elaboración: tequila 100% de agave, es en el que se usan exclusivamente los azúcares del Agave tequilana Weber variedad azul para su producción; y el tequila normal con un mínimo de 51% Agave, al que se le adicionan hasta un 49% de otros azúcares que no son de agave como glucosa, piloncillo o sacarosa. Según sus características, el tequila se clasifica en cinco tipos: - Blanco (plata): se trata de un tequila sin envejecer, generalmente embotellado inmediatamente después de ser destilado. - Joven Abocado (oro): es un tequila blanco mezclado con pequeñas cantidades de tequila reposado. - Reposado: tequila madurado en barriles de roble, de 2 meses a un 1 año. - Añejo: tequila madurado en pequeñas barricas de roble de un 1 año a 3 años. - Extra añejo: tequila madurado en barricas pequeñas de roble más 3 años.

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Zonas de Denominación de Origen del tequila Esta bebida, originalmente proviene de la región de Tequila, ubicada en el Estado de Jalisco. México. Solamente 181 municipios de cinco estados de la República como Jalisco, Nayarit, Tamaulipas, Guanajuato y Michoacán pueden utilizar el agave tequilana weber para la elaboración del Tequila, según establece el Consejo Regulador de la Denominación De Origen Tequila.

e) Regulación del tequila La industria tequilera está regulada por el gobierno mexicano. El Consejo Regulador del Tequila tiene la responsabilidad de asegurar la calidad y de proteger la Denominación de Origen concedida a la industria tequilera en 1997. Todas las botellas de tequila deben llevar inscritas un número NOM (Nor ma Oficial Mexicana) y las iniciales CRT (Consejo Regulador del Tequila). Otra de los requisitos indispensables para pertenecer a la Denominación de Origen es que el tequila se elabore, como mínimo, con un 51% de agave azul cultivado y cosecharse en cualquiera de los siguientes cinco estados mexicanos Jalisco, Nayrit, Guanajuato, Michoacán o Tamaulipas. El tequila, como realiza la firma José Cuervo, debe elaborarse con ingredientes naturales al 100%, con destilación doble y una graduación alcohólica mínima de 35º. Además, en todas las botellas de te quila debe figurar la inscripción “Hecho en México”.

El Consejo Regulador del Tequila, A.C. Productores de Tequila, Productores de Agave, Envasadores, Distribuidores, Distribuidores, la Secretaría de Comercio y Fomento Industrial (SECOFI), la Dirección General de Normas (DGN) y la Procuraduría Federal del Consumidor (PROFECO)], es un organismo que surgió con la finalidad de normalizar, verificar y certificar la calidad del de l tequila en todos los niveles y exigir por parte de los mercados internacionales el reconocimiento a la denominación de origen.

Principales elementos para la protección a la denominación de origen tequila Las plantaciones de agave tequilero dentro de la Zona de Denominación de Origen del tequila (DOT) integran un inventario de 395 millones de plantas, (CRT, 2007) establecidas en los años 2000 a 2006. Debido al auge que ha tenido el tequila en los últimos 30 años tanto a nivel nacional como internacional, la Industria Tequilera debe cumplir las normas que en 1997 se publicaron en el Diario Oficial de la Federación bajo el título: •

NOM-006-SCFI-1994,

BEBIDAS

ALCOHÓLICAS-TEQUILA-

ESPECIFICACIONES. 17

•NOM-006-SCFI-2005 Bebidas Alcohólicas-Tequila Especificaciones • Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su reglamento. • Ley de la Propiedad Industrial y su Reglamento. • Ley General de Salud • NMX-EC-065-IMNC-2000, Organismos de Certificación • NMX-EC-17020-IMNC-2000, Unidades de Verificación • NMX-EC-17025-IMNC-2006, Requisitos generales para la competencia de los

laboratorios de ensayo y calibración.

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Capítulo II. Proceso Generalizado de Elaboración a) Operaciones unitarias principales del proceso de elaboración de agave Recepción y corte de agave El agave Tequilana Weber variedad Azul, es recibido después de 8 a 10 años de estar plantado y ser jimado, para ser despojado de sus pencas. Posteriormente, es pasado a través de la sierra eléctrica para ser partido en dos, y después transportado hacia el patio que corresponde a un almacén temporal.

Cocimiento y molienda de agave Una vez cortado, el agave es introducido a los hornos o autoclaves (recipientes de acero inoxidable), en donde se lleva a cabo la hidrólisis de los azúcares mediante el cocimiento del corazón con vapor. El agave cocido pasa a través de un molino, en donde se extrae el jugo de mezcal. Una vez extraído el jugo de agave, se obtiene una fibra residual conocida con el nombre de “bagazo”, el cual no represente ninguna utilidad en la elaboración del

tequila, sin embargo, éste se utiliza como fertilizante en los cultivos cercano.

Preparación de mostos y fermentación El jugo es colectado en las tinas de preparación de mostos. Aquí, junto con la levadura propia del agave (microorganismo responsable del proceso de fermentación) y agua, comienza la fermentación, que es la reacción química en donde los azúcares son convertidos en alcohol etílico.

Destilación Una vez termina la reacción de fermentación, el mosto es introducido a un alambique para su destrozamiento, o primera destilación. Como producto de esta primera destilación se obtiene el “ordinario”, que se colecta en un tanque especial. El ordinario obtenido en la primera destilación es introducido en un alambique para su rectificación, o segunda destilación, en donde se obtiene como producto el tequila, con graduación alcohólica de 55% en volumen. Éste es colectado en el tanque de recepción de tequila

Almacén, reposo y dilución del tequila El tequila obtenido es almacenado en cualquiera de los tanques destinados para este propósito. De estos tanques, el tequila es pasado a diferentes tipos de barrica s, dependiendo del tequila que se quiera obtener. Así, del tiempo de reposo, el tipo de barrica y el volumen de la barrica, dependen las características del tequila y el tipo con el que se comercialice. Una vez concluido el tiempo de reposo, el tequila es filtrado y dirigido hacia un tanque receptor de la línea de envasado, donde será diluido. Dicha dilución se 20

realiza con agua destilada, quedando el producto a una graduación alcohólica de 38% en volumen, graduación especificada por las normas mexicanas.

b) Propiedades físicas, químicas, de manejo y tóxicas i) Propiedades físicas y químicas 1) Materia prima a. Agave Botánica del agave Nombre común: Mezcal Planta: Xerófila Tipo: Fanerógama Clase: Monocotiledónea Subclase: Inferrovaríaceas Familia: Amarilidáceas Género: Agave Especie: Agave Azul Tequilana Weber Descripción: Planta perenne Raíz: Fibrosa, llega a medir 2 metros. Se encuentra a una profundidad de 20 a 30 centímetros, y es de consistencia leñosa pero frágil. Tallo: Forma cilíndrica, grueso, de tamaño corto (de esta parte es de donde se extrae la mayor parte de las sustancias químicas que conforman el tequila). Inflorencia: Se inicia en la parte superior del tallo (en el ovario). Madura y florece sólo una vez en la vida. Hojas: Se conocen como pencas, hojas dispuestas en torno al tallo, formando una roseta de forma alargada y acanalada, terminando en una punta muy consistente, sus bordes son muy cerrados y duros. Son de color verde-azuloso.

21

Fi ura 2.1. Dimensiones de la lanta de a ave la iña

Tabla 2.1. Propiedades físicas determinadas de la planta de agave Propiedad física Valor medio Mínimo Máximo Desviación estándar A: diámetro 2.43 2.20 2.75 0.22 máximo planta (m) B: altura de la 1.54 1.40 1.69 0.11 planta (m) C: profundidad de 0.51 0.31 0.60 0.12 raíz (m) D: altura de la piña 0.56 0.51 0.60 0.04 (m) E: diámetro 0.46 0.43 0.50 0.03 máximo piña (m) Peso de la planta 132 125 143 6.9 sin raíz (kg) Peso de la raíz (kg) 29 20 38 7.3 Peso de la piña (kg) 50 41 60 6.6 Volumen de la piña 0.062044 0.049374 0.078539 (m3)

b. Levadura Levadura clásica tequilera, Pan1, de la especie Saccaromyces cerevisiae, utilizada desde hace varios años por la industria. Fue seleccionada gracias a su buen desempeño en jugos de agave destinados a la producción tequila y mezcales. Fermenta muy bien jugos de agave suplementados con azúcares que no provienen del agave, como por ejemplo melazas de caña o sacarosa.

Clasificación Reino: Fungi

Figura 2.2 Célula de S accharomyc es cerevisiae en

microscopio DIC 22

División: Ascomycota Clase: Hemiascomycetes Orden: Saccharomycetales Familia: Saccharomycetaceae Género: Saccharomyces Especie: S. cerevisiae Es parte de un complejo citoesqueleto-regulador de actina, Pan1p-Sla1p-End3p; asociado con parches de actina en la corteza celular; promueve las interacciones proteína-proteína esenciales para la endocitosis; se une a y activa el complejo Arp2/3 in vitro; la fosforilación de Thr-1225 es regulada por MAPK Hog1p en respuesta del estrés osmótico; previamente se pensaba que era una subunidad de la poli(A) ribonucleasa. Su función molecular es la unión y puenteo de proteínas. Está presente en los procesos biológicos siguientes: Ensamblaje de parches corticales de actina Selección del sitio para gemación axial celular Selección del sitio para gemación para células bipolares Endocitosis Regulación positiva de la nucleación y modulación del complejo Arp2/3 por la actina

    

Longitud (a.a.): 1480 Peso molar (Dalton): 160242.2 Punto isoeléctrico: 4.92

23

2) Producto terminado Tequila Tabla 2.2. Especificaciones fisicoquímicas del tequila

Tabla 2.3. Propiedades físicas del tequila Punto de ebullición 78.3 °C Índice de refracción (a 20 °C) 1.361 Presión de vapor 59 mm de Hg a 20 °C Densidad 947 kg/ a 25 °C pH 6



24

3) Subproductos y productos intermedios a. Bagazo El bagazo de agave es el residuo fibroso que queda después de que las cabezas de agave cocidas son destrozadas, enjuagadas y exprimidas para extraerle los azúcares fermentables para la producción de tequila. El bagazo está compuesto principalmente de fibras heterogéneas de 10 a 12 cm de largo y material orgánico no fibroso en forma de partículas finas (médula) que corresponden a la corteza y envoltura fibrovascular dispersa en el interior de la cabeza de la planta de agave. Tabla 2.3. Composición químicas del bagazo de la industria del tequila y mezcal Celulosa (%) 43 41.9 43 Lignina (%) 15 7.20 15 Hemicelulosa (%) 19 12.10 19 3 3 Nitrógeno total (%) 0.53 Pectinas (%) 1 1 Grasas (%) 1 5 10 Azúcares Reductores (%) 6 Cenizas (%) 8.80 2 9 Otros (%)

Tabla 2.4. Algunas propiedades físicas del compost y el compost refinado de bagazo de A g ave tequilana Weber proveniente de dos tequileras Sin refinar Propiedad Densidad real (g cm-3) Densidad aparente (g cm-3) Espacio poroso total (%) ndice de grosor

“La Cofradía”

“La Regional”

Refinado “La Cofradía”

“La Regional”

1.581

1.632

1.537

1.578

0.875

0.133

0.141

0.178

94.46 55.60

91.85 55.22

90.83 25.80

88.70 27.51

25

Tabla 2.5. Valores de las propiedades químicas y fisicoquímicas del bagazo de maguey tequilero ( A g ave tequilana Weber ). PARÁMETROS TEQUILERAS Valores de “La Cofradía”

“La Regional”

Referencia

Humedad, ( %) Materia seca, (%) pH Conductividad ds.m-1 Cenizas, (%) Materia orgánica, (%) Carbono orgánico total, (%) Nitrógeno Total de Kjeldahl ,(NTK, %) Relación C:N Fibra detergente neutro, (FDN, %) Fibra detergente ácido, (FDA, %) Hemicelulosa, (%) Celulosa, (% )

64.40 35.60 3.51 1.51 3.10 96.90 53.83 0.27 199.38 55.33 47.39 7.94 14.26

66.20 33.80 3.52 1.31 5.30 94.70 52.61 0.35 150.32 57.80 42.95 14.85 14.16

71.00 29.00

Lignina detergente ácido, (%)

33.13

28.79

7.20

5.40 Nd 8.80

91.20 50.60 0.53

95.50 58.80 46.70 12.10 41.90

Tabla 2.6. Propiedades químicas y fisicoquímicas del compost de bagazo de agave proveniente de dos tequileras Composta PARÁMETROS “La “La Humedad, ( %) Materia seca, (%) pH Conductividad dS.m-1 Cenizas, (%) Materia orgánica, (%) Carbono orgánico total, (%) Nitrógeno Total, (NTK, %) Relación C:N Fibra detergente neutro, (FDN,%) Fibra detergente ácido, (FDA,%) Hemicelulosa, (%) Celulosa, (% ) Lignina detergente ácido, (%)

Cofradía”

Regional”

61.00 39.00 5.50 14.40 11.75 88.25 49.03 3.02 16.24 69.68 66.27 3.41 10.14 56.13

45.70 54.30 5.80 11.90 18.62 81.38 46.02 3.12 14.75 64.55 62.12 2.43 7.98 54.14

26

b. Miel de agave Edulcorante orgánico, que se crea a partir de la savia líquido que se obtiene del interior de la pena del Agave tequilana Weber, varieda d azul. Obtenida por proceso de evaporación. Es más dulce que el azúcar refinado (aproximadamente 1.4 veces más dulce). Tabla 2.7. Propiedades de la miel de agave Físico-Químicas Característica Resultado Materia seca 74% mínimo Densidad 1385 kg/m3 Cenizas 0.05 máximo pH 5 [+/-] °Brix 74 mínimo Color en ICUMSAS 100 mínimo Carbohidratos totales 99% mínimo D-fructosa 80% mínimo Dextrosa 15% máximo Sacarosa 4.0% máximo Otros carbohidratos 2% máximo Microbiológicas Cuenta total en placa (UFC/g) 100 máximo Hongos y levaduras (UFC/g) <10 Coliformes totales (NMP/g) Negativo Negativo E . coli S almonella / 25g Negativo

c. Materias obtenidas de la primera destilación 1.- Destilado  

40% agua 60% alcohol (isoamilico, pentanol, metanol) a 35% (35G.L.) Tabla 2.8 Propiedades de alcohol obtenido en la primera destilación Alcohol isoamilico Metanol 3 Densidad 0.81 g/cm (20 °C 0.7918 g/cm 3 Límite de explosión 1.2 - 8 %(V) 5.5 - 44 %(V) Punto de inflamabilidad 43.5 °C 285 K (12 °C) Temperatura de ignición

335 °C

658 K (385 °C)

Punto de fusión Valor de pH Concentración de saturación (aire)

-147 °C 7 (25 g/l, H O, 20 °C) 11 g/m3 (20 °C) Aire

-97 °C -

₂

27

Presión de vapor Viscosidad cinemática

3 hPa (20 °C) 5.32 mm2/s (20 °C)

128 hPa (20 °C) -

Solubilidad

25 g/l

-

2.- Fondo de la torre de destilación 

Vinazas

Tabla 2.9 Propiedades de las vinazas

28

ii) Propiedades de manejo 1) Almacenamiento

a. Agave Las piñas de agave se reservan en un almacén de 16 m por 10 m las piñas de agave azul, recibidas perfectamente jimadas y descogolladas, de aproximadamente 50 kilogramos, se separan de materiales extraños mediante un proceso de enjuagado con agua de servicio. Dentro del almacén, a las piñas se les remueven cuerpos extraños y la mayor parte de suciedad como polvo, lodo y desechos varios. En este almacén se guardan de 10 a 16 piñas, donde son pesadas, inspeccionadas por el departamento de control de calidad, donde se revisan sus condiciones microbiológicas, se verifican algunas propiedades físicas, como su dens idad y punto de fisión. Las condiciones del almacén son las ambientales: presión atmosférica (11.3 psia), temperatura ambiente (25 – 28 °C). Una vez que ha llegado el agave al almacén, es importante procesarlo lo más rápido posible, pues la bacterias y hongos, principalmente, comienzan a consumir sus azúcares y, entre más tiempo pase, mayor será la merma de azúcar. El lavado del almacén será por medio de la misma manguera de limpieza de las piñas. Toda el agua se transportará a una planta de tratamiento para ser recirculada como agua de servicio, pasando de una coladera a una tubería de 3/8” nominal para

después ser bombeada a la planta.

b) Tequila El almacenamiento se hará en tanques a presión atmosférica, cerrados, de 687.5 litros, alimentados por las corrientes provenientes de una segunda destilación después de la cual se obtiene el tequila. El almacenamiento se realizará en dos tanques diferentes, uno específico para la obtención de tequila joven, y un tanque para almacenaje y añejamiento de tequila viejo. Es importante mantener condiciones de humedad y briseo constante en las bodegas de reposo y añejamiento con la finalidad de reducir las mermas por evaporación.

2) Desalmacenamiento a) Almacén Al empezar el proceso, el personal se encargará de llevar las piñas a una tolva, con el fin de que las piñas no sufran de golpes que puedan afectar su estado, disminuyendo la eficiencia de cortado en la posterior desgarradora, a la cual llegarán por medio de una banda transportadora. La tolva estará accionada por un sensor de peso, para que, al alcanzarse el peso de cuatro piñas (alrededor de 200

29

kilogramos), las piñas caigan a la banda transportadora a través de un par de “camisones” o “pantalones”, reduciendo así la fuerza del impacto.

b) Tanques de almacenamiento / añejamiento de tequila Al llenarse los tanques con 625 litros de tequila, el tanque de tequila joven se vaciará después de 1 hora de reposo, viajando a través de un arreglo de tuberías a una bomba, que lo enviará al departamento de embotellamiento. En el caso del tequila viejo, se dejará reposar por un día, para después ser enviado, utilizando un arreglo de válvulas y tuberías y una bomba, a la zona de barricas, donde se guardará por un año en barrilles horizontales de 200 L de roble. Después del tiempo de añejamiento, se enviará al departamento de embotellamiento.

iii) Propiedades tóxicas y de seguridad (explosividad, toxicidad o propiedades específicas) El proceso de producción de tequila implica la fermentación del agave azul, del cual se obtienen dos subproductos principales: (a) el bagazo, que corresponde al residuo sólido generado de la extracción de aguamiel, y (b) las vinazas que son residuos de los fondos del destilador. Por cada litro de tequila que se produce, se generan entre 10-12 litros de vinazas y 1.4 kilogramos de bagazo.

a) Vinazas Las vinazas son los residuos que quedan en los fondos del destilador que se utiliza para la obtención de cualquier bebida espirituosa. En el caso de las vinazas tequileras, estas presentan características similares a otras vinazas, como son un pH ácido y altas temperaturas. Las vinazas son desechadas sin un tratamiento que reduzca su carga orgánica y toxicidad. En la ciudad de Tequila se arrojan diariamente 400 mil metros cúbicos de residuos líquidos sin el tratamiento que exige la norma ambiental (PROEPA, 2010). Los problemas ambientales generados por la disposición inadecuada de las vinazas en cuerpos de agua incluyen anoxia y acidificación. Las vinazas tequileras contienen una carga orgánica elevada, alto grado de color, además de pH ácido con valores de 3.5 a 4.5 y una temperatura de salida del proceso de destilación de aproximadamente 90 °C. También se ha reportado presencia de material húmico, que son sustancias parcialmente aromáticas y alifáticas, polimerizadas aleatoriamente, de alto peso molecular con características polianiónicas en soluciones neutras o alcalinas, amorfas, ácidas, parcialmente hidrofílicas e hidrofóbicas y complejas químicamente. El tratamiento de vinazas en la actualidad se encuentra limitado por la tecnología y la solvencia económica de las destilerías, como también del tamaño y de la 30

capacidad física que poseen las empresas para implementar los tratamientos de vinazas. Los tratamientos se pueden clasificar principalmente en cinco categorías dependiendo del tipo de las características de este mismo, estos son, pretratamientos (reducción de la temperatura de 90°C a 40°C, y neutralización con Ca(OH)2, tratamientos primarios (lagunas de sedimentación, flotación con aire disuelto), tratamientos fisicoquímicos (coagulación-floculación), tratamientos biológicos (fermentación anaerobia, acidogénesis y producción de hidrógeno) y procesos avanzados (oxidación por ozono, radiación UV, cloro, peróxido de hidrógeno).

31

32

Capítulo III. Estudio de Mercado a. Producción de tequila Producción nacional La evolución de la industria del tequila ha sido importante, aunque se ha visto mermada, ya que depende en gran parte de la situación económica del país; el número de destilerías ha pasado de 32 en 1975 a 18 en 1990 para volver a incrementar su número y llegar a 70 fábricas en 1999, para el 2007 se tienen registros de 121 empresas que producen 780 marcas destacándose actualmente, los propietarios de marcas independientes, lo que ha favorecido sin lugar a duda una tendencia hacia la maquila. Una sola fábrica produce tequila en promedio de 20 marcas diferentes. El tequila ha pasado de ser una bebida común y corriente en el mercado mexicano, a ser una bebida de lujo enfocada a consumidores conocedo res de la categoría con marcas Premium como los llamados “cristalinos”, entre los que destacan “Don Julio 70”, “Maestro Tequilero”, “1800” y “Herradura”. “Patrón” es uno de los principale s competidores en venta de tequila Premium en Estados Unidos, además de “Diageo” (con la venta de “Don Julio 70” y “Cuervo”, “Maestro Dobel” y “1800”, con un volumen

de ventas de más de 2 millones de cajas anualmente).

Figura 3.1. Porcentaje de producción de tequila por empresa

Asimismo, el tequila se ha vuelto la categoría de mayor crecimiento de bebidas alcohólicas en el último año en el mercado mexicano, en gran parte por un mayor 33

consumo en sus productos Premium y ultra Premium, con un 16.3% en ventas valor y 6% en volumen, de acuerdo con la consultora Iscam. En el reporte a 2016, la segunda categoría con la misma fuerza en ventas valor, es whisky, con cinco puntos de diferencia. De acuerdo con estadísticas del Consejo Regulador del Tequila (CRT), la producción total de la bebida nacional pasó de 211.4 millones de litros en el período enero-noviembre del 2013 a 254.2 millones de litros en el mismo lapso del presente año. Para el año 2014, las ventas de tequila en México se mantuvieron estancadas debido a factores como la competencia desleal que representan otros destilados. El problema es de tal magnitud que los inventarios rebasan ya la producción de todo el 2013. Así, al cierre del año pasado, las bodegas de las casas tequileras registraron inventarios por 315.8 millones de litros de la bebida, de acuerdo con los datos contenidos en el informe anual del Consejo Regulador del Tequila, mientras que la producción fue de 254 millones de litros, es decir, 24% menos. Lo anterior, argumenta el reporte, obedece a que el mercado doméstico padece la competencia de productos ilegales que se ostentan como tequila. Por poner un ejemplo, las ventas de la empresa de bebidas alcohólicas “Diageo”

crecieron 12% en México en los últimos seis meses del año 2016, impulsadas por sus marcas de tequila, whisky y ginebra. En su reporte financiero, la compañía indicó que la unidad de negocio de marcas de lujo “Reserve” reporto un avance de 38%, gracias al comportam iento de “Don Julio”,

cuyas ventas crecieron a doble dígito y ganó 2.7 puntos base en participación de mercado. También refirió que el tequila representa 3.0% de las ventas netas de “Diageo”, y crecieron un 43% impulsados por un fuerte crecimiento de dos dígitos de “Don Julio” en Estados Unidos y México. Según datos de “Euromonitor”, al cierre de 2016, “Diageo” se posicionó como el

tercer jugador de bebidas alcohólicas en el país, al lograr una participación de 10%; por debajo de “Casa Cuervo”, con 12%, y “Pernod Ricard”, que alcanzó 11%.

La consultora prevé que, para el año 2021, las ventas de licores en México alcancen los 302 millones de litros. No obstante, la variedad 100% agave registró el mayor crecimiento al pasar de 90.6 millones de litros en el 2013 a 141.1 millones de litros en el 2017. Y es que, según las cifras del CRT, los mercados internacionales prefieren la bebida de mayor calidad.

34

Exportaciones México exportó mezcla y tequila por un valor de mil 389 millones de dólares durante 2017, como resultado de la superficie del cultivo del agave que se encuentra mecanizada y más de la mitad cuenta con tecnología aplicada a la sanidad vegetal. Así lo informó la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (Sagarpa), al señalar que la superficie del cultivo del agave llegó a más de 105, 600 hectáreas el año pasado. Debido a la calidad de las bebidas mexicanas y a la estrategia de diversificación de mercados, indicó, las ventas de mezcal tuvieron un crecimiento acumulado de 266.74% de 2014 a 2016, en tanto que las exportaciones de tequila tuvieron un crecimiento acumulado de 16.24% en el mismo período. El 26 de enero del presente año, fueron emitidos los nuevos númer os de la industria tequilera en términos de exportación. Según el Consejo Regulador del Tequila, en 2014 se exportaron 171 millones de litros de tequila, de los cuales 134 millones (78.7%) fueron destinados a Estados Unidos y 17 millones de litros (10.1 %) fueron enviados a Europa. Entre enero y noviembre del 2017, México exportó 199.1 millones de litros de tequila, de los cuales, 95.3 millones de litros fueron de la variedad 100% agave, mientras que en el período enero-noviembre del 2013, las exportaciones totales de la bebida ascendieron a 161.2 millones de litros de los cuales, 58.9 millones fueron 100% agave. Lo anterior supone que, aun cuando la mayoría de las exportaciones continúan siendo de la variedad Tequila, elaborado con 51% de agave y 49% de otros azúcares, del 2013 al 2017, la exportación del tequila de mayor categoría (100% agave) aumentó 61.7 por ciento. De acuerdo con el CRT (Consejo Regulador del Tequila), durante el lapso en cuestión, la exportación de tequila aumentó únicamente 1.4 por ciento. Precisó que las exportaciones de ambas bebidas alcanzaron 1,389 millones de dólares en 2017, como parte del aumento en los nichos comerciales que se conquistaron que se conquistaron con la estrategia de diversificación de mercados. Las ventas de estos productos al mundo aumentaron en 11.6% al superar en 144 millones de dólares las ventas obtenidas en 2016, año en que las exportaciones fueron del orden de mil 245 millones, detalló la dependencia en un comunicado. Si bien, el principal destino de ambas bebidas en Estados Unidos, el mercado se ha extendido a países miembros de la Unión Europea, del acuerdo Estratégico Transpacífico de Asociación Económica (TPP) y otras naciones con los que no se tienen tratados de libre comercio. 35

De acuerdo a datos estadísticos obtenidos del Consejo Regulador del Tequila y la Cámara Nacional de la Industria del Tequila; el número de exportaciones del tequila mixto es mayor en comparación con las exportaciones que se registran del tequila 100 % agave, el cual ha ganado terreno los últimos años en el mercado internacional como se puede apreciar en gráfico 3.1.

Figura 3.2. Gráfico representativo de las exportaciones del tequila 100% agave y tequila mixto; volúmenes ex resados a 40% alc. Vol. Millones de litros

El reconocimiento del tequila en los mercados internacionales ha ido en aumento, por ello la exportación juega un papel importante en el crecimiento de la industria, en este grafico podemos observar que en el año 2014 se exportaron 96,800,000 litros de tequila envasado, por lo que esta cantidad a llegado a un valor mayor en comparación con los 75,500,000 litros de tequila a granel que se exportaron en 2014; el cual está conformado por tequila 100% agave, ya que este tiene que ser envasado en el territorio protegido con la denominación de origen. En 2014 las exportaciones de tequila alcanzaron los 148,600,000 litros. En pocos años el tequila ha pasado de ser una bebida de aceptación nacional, a ser una de las bebidas con mayor crecimiento y reconocimiento en los mercados internacionales.

36

Tabla 3.1. Exportaciones de tequila a los 10 principales destinos

Consumo Según la Cámara Nacional de la Industria Tequilera, la población nacional prefiere las siguientes marcas con los siguientes porcentajes. 13% 27%

2% 2% 2% 3% 3% 3% 4%

14%

4%

4% 5% 7%

7%

Jimador

Cabrito

Tradicional

Jose Cuervo

Cazadores

Corralejo

100 años

Azul

Rancho Escondido

Herradura

Don Julio

Don Ramon

Jimador reposado

Hornitos

Otros

Figura 3.3. Preferencias de los consumidores mexicanos de marcas de tequila

El Consejo Regulador del Tequila, ha manifestado que actualmente en México existen 12 mil predios en el país dedicados al cultivo de Agave Tequilana Weber, Variedad Azul ubicados en los cinco estados que tienen la denominación de origen. 37

Por lo que, según datos del Consejo Regulador del tequila, en el 2007, el consumo de agave para tequila 100% agave fue de 280 mil toneladas; mientras que para el tequila mixto el consumo fue de 137 mil toneladas de agave.

Figura 3.4. Consumo de agave para tequila mixto y tequila 100% agave, expresado en miles de toneladas

Según datos del Consejo Regulador del Tequila y la Cámara de la Industria del Tequila, durante el 2014, para la producción de 138 900 000 litros de tequila mixto se emplearon 312 400 toneladas de agave y para la producción de 103,500, 000 litros de tequila 100 % agave, se utilizaron 475.800 toneladas de agave. A pesar que a inicios del siglo actual, la producción de tequila 100 % agave se mantuvo constante, en los años 2010 y 2011 manifestó un c recimiento, pero en los años 2006 a 2007 el incremento en la producción fue notable. El consumo nacional aparente, tampoco ha tenido una tendencia regular; para el 2014 se consumieron aparentemente 242 400 000 litros de tequila a nivel nacional. Durante muchos años la cantidad de exportaciones fue mayor en comparación con el consumo nacional, sin embargo, en los años 2007 y 2008 se tiene un registro del igual número de litros destinados a la exportación con respe cto al consumo nacional aparente.

38

Figura 3.5. Consumo nacional aparente de tequila 100% agave y tequila mixto, volúmenes expresados a 40% alc. Vol. Millones de litros

Las grandes casas productoras tienen sus necesidades de agave cubiertas con producción propia o contratos de aparcería celebrados con anticipación. El importe comprometido de la cosecha es de apenas el 40%. Existe un excedente de agave significativo de productores no vinculados a empresas tequileras (60% de los productores) que no encuentran mercado. El excedente se estima en 223 millones de plantas de diversas edades. Más de 30 millones de plantas (suficientes para producir 160 millones de litros de tequila, 80% de la producción anual) presentan síntomas de extrema madurez, si no son cosechadas y procesadas antes del próximo periodo de lluvias las pérdidas serían catastróficas. Son más de 20,000 los productores no vinculados. Entre éstos, 4,000 están en riesgo inminente de perder sus cultivos. El periodo de maduración del agave es de entre 6 y 8 años. Esta circunstancia permite predecir con relativa certeza el número de plantas que estarán disponibles para cosecha en los siguientes años, basándose en los periodos en los que los agaves existentes fueron plantados. Se estima que 45 millones de plantas son suficientes para satisfacer las necesidades actuales de las tequileras. La situación actual de sobre oferta tenderá a agravarse hasta el 2010, en que la oferta de producto estará más o menos empatada con la demanda. Se estima que existirá una escasez significativa de agave en el 2011 y 2012 en que la producción será apenas suficiente para cubrir el 55% y el 27% de la producción, respectivamente.

39

Los siguientes datos mostrados son los resultados de la búsqueda en la página oficial de INEGI. Estadísticas de la Balanza Comercial de Mercancías de México Conjunto de datos: Balanza Comercial de Mercancías de México (julio a diciembre 2012 - 2016) La información de Comercio Exterior, para este cubo, abarca el periodo juliodiciembre 2012 – 2016 en virtud de que la Secretaría de Economía publicó, en el Diario Oficial de la Federación, las modificaciones a la Tarifa de la Ley de los Impuestos Generales de Importación y de Exportación (TIGIE) 2007, mismas que entraron en vigor el 1° de julio de 2012, estas modificaciones son acordes con la Quinta Enmienda del Sistema Armonizado de Designación y Codificación de Mercancías (SA) de la Organización Mundial de Aduanas (OMA) y que tiene como objetivo la facilitación del comercio internacional y la recolección, comparación y análisis de las estadísticas del comercio internacional de mercancías. Las variables económicas permiten consultar información basada en el SA de acuerdo a la desagregación siguiente: Tarifa: Se puede consultar información por Sección, Capítulo, Partida y Fracción Arancelaria. Fracciones Arancelarias: Se puede consultar información, únicamente, por Capítulo y Fracción Arancelaria. Al usuario de esta información, se le recomienda consultar las tablas de correlación entre la TIGIE 2007 y la actual, mismas que se publicaron, en el Diario Oficial de la Federación, el 29 de junio de 2012 por la Secretaria de Economía con el fin de continuar con el seguimiento de los movimientos de importación y exportación de aquellos productos específicos de su interés. A partir de marzo de 2017 la información del año 2015 se considera con estatus de Cifras Ajustadas debido a la actualización anual de cifras. Derivado de una rectificación por parte de la fuente, el 27 de septiembre se reasignó el destino de la exportación de productos petroleros correspondiente a julio de 2015, lo cual no implicó cambios en el valor total de la exportación.

40

En la siguiente grafica (Figura 3.6) se muestra una encuesta de los miles de litros (promedio) vendidos a lo largo del 2007 al 2018, de cada uno de los tipos de tequila.

Miles de litros promedio vs años

9000 8000 7000

s6000 o r t i5000 l e d s4000 e l i M 3000

añejo blanco joven reposado

2000 1000 0 2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

Años

Figura 3.6. Miles de litros promedio consumidos de cada tipo de tequila por año

La figura 3.7 muestra una encuesta de los miles de pesos (promedio) vendidos a lo largo del 2007 al 2018, de cada uno de los tipos de tequila. 1200000

Miles de Pesos vs Años

1000000

s800000 o s e P e 600000 d s e i M 400000


200000

0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Años

Figura 3.7. Miles de pesos generados como ganancia de cada tipo de tequila por año 41

La siguiente serie de graficas muestran de maneras más detallada los miles de litros vendidos con respecto a cada uno de los meses en un periodo de años que va del 2007 al 2018. Las gráficas están divididas en años y se mencionan los cuatro tipos de tequila. Estas son encuestas mensuales de la industria manufacturera llevadas a cabo del el INEGI. 7000

Miles de litros vs Meses (2007)

6000 5000 s o r t i 4000 L e d s e 3000 l i M

añejo-2007 blanco-2007 joven-2007

2000

reposado

1000 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Meses

Miles de litros vs Meses (2008) 12000 10000 s 8000 o r t i l e d 6000 s e l i M 4000


2000 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

Meses

42

Miles de litros vs Meses (2009) 6000 5000 s 4000 o r t i l e d 3000 s e l i M2000


1000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

Miles de litros vs Meses (2010) 9000 8000 7000 s 6000 o r t i l 5000 e d s 4000 e l i M3000

añejo 2010 blanco 2010 joven 2010

2000

reposado 2010

1000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

43



2000

reposado 2011

1000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

Miles de litros vs Meses (2012) 10000 9000 8000 s 7000 o r t i 6000 l e d 5000 s e 4000 l i M 3000


2000

reposado 2012

1000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

44



2000

reposado 2013

1000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

Miles de litros vs Meses (2014) 10000 9000 8000 7000

s o r 6000 t i l e d 5000 s e l i 4000 M


3000

añejo 2014

2000 1000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

45


anejo 2015 blanco 2015 joven 2015 reposado 2015

2000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses


añejo 2016 blanco 2016 joven 2016 reposado 2016

2000 0 0

2

4

6 8 Meses

10

12

14

46

Miles de litros vs Meses (2017) 14000 12000 10000

s o r t i 8000 l e d s 6000 e l i M 4000


2000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

Analizando los valores mostrados en las gráficas anteriores se puede llegar a las siguientes conclusiones: El Tequila de tipo añejo es uno de los productos que tiene menor movimiento en el mercado; a diferencia del tequila reposado siendo uno de los que lidera en el consumo. El Tequila Joven se encuentra en un promedio de ventas, es el tipo de tequila que necesita menor inversión debido a su proceso. La siguiente serie de graficas muestran de maneras más detallada los miles de pesos vendidos con respecto a cada uno de los meses en un periodo de años que va del 2007 al 2018. Las gráficas están divididas en años y se mencionan los cuatro tipos de tequila. Estas son encuestas mensuales de la industria manufacturera llevadas a cabo del el INEGI.

47

Miles de pesos vs Meses (2007) 900000 800000 700000 s600000 o r t i500000 l e d400000 s e300000 l i M 200000


100000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

Miles de pesos vs Meses (2008) 1200000 1000000 s 800000 o r t i l e 600000 d s e 400000 l i M


200000

reposado 2008

0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

48

Miles de pesos vs Meses (2009) 700000 600000 500000

s o s e400000 p e d s300000 e l i M 200000


100000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

Miles de pesos vs Meses (2010) 900000 800000 700000 s600000 o e p500000 e d s400000 e l i 300000 M


200000

reposado 2010

100000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

49

Miles de litros vs Meses (2011) 900000 800000 700000 s600000 o s e500000 p e d400000 s e l i 300000 M


200000

reposado 2011

100000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

Miles de pesos vs Meses 2012 1000000 900000 800000 s 700000 o s e 600000 p e d 500000 s e 400000 l i M


300000

reposado 2012

200000 100000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

50

Miles de pesos vs Meses 2013 1000000 900000 800000 s 700000 o s 600000 e p e 500000 d s e 400000 l i M 300000


200000 100000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Mese

Miles de pesos vs Meses 2014 1200000 1000000 s 800000 o s e p e d 600000 s e l i M 400000


200000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

51

Miles de pesos vs Meses 2015 1400000 1200000 1000000

s o s e 800000 p e d s 600000 e l i M


400000

reposado 2015

200000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

Miles de pesos vs Meses 2016 1600000 1400000 1200000 s o 1000000 e P e d 800000 s e l i M 600000


400000 200000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

52

Miles de pesos vs Meses 2017 2000000 1800000 1600000 1400000

s o s 1200000 e p e d 1000000 s e 800000 l i M


600000

reposado 2017

400000 200000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Meses

Analizando de manera general las gráficas mostradas anteriormente; el tipo de tequila que lidera las ventas es el tequila reposado siendo uno de los tipos de tequila de gama media alta que tiene una mejor aceptación por el público y logando una notoria superioridad ante los otros tipos.

53

54

Capítulo IV. Bases de Diseño GENERALIDADES Función de la planta La función de la planta es la de elaborar la bebida alcohólica nacional denominada tequila, partiendo del agave tequila weber variedad azul. Debido a la actual denominación de origen otorgada a México es necesario responder con calidad a dicha denominación, por ello hay que cubrir con cantidad y calidad la demanda de tequila 100% agave.

Tipo de proceso El tipo de proceso consiste en la cocción del agave, la fermentación, destilación y rectificación, la diferencia que existe entre las plantas actuales radica en los pasos intermedios que se tienen que elaborar entre cada uno de estos procesos.

CAPACIDAD, RENDIMIENTO Y FLEXIBILIDAD Factores de servicio La planta operara 353 días al año, por lo tanto, tiene un factor de servicio de 0.96, con 12 días al año (un día al mes) destinado exclusivamente para mantenimiento y revisión de los equipos.

Capacidad de la planta La capacidad de diseño es igual a 12,000 litros al mes La capacidad normal es igual a 10,000 litros al mes La capacidad mínima es igual a 8,000 litros al mes

Flexibilidad de operación La planta contara con las facilidades para operar a falla de energía eléctrica. Para ello se deberán prever sistemas de respaldo en los puntos críticos (torre de destilación, enfriador, molienda, alambique), por lo que se recomienda instalar una planta eléctrica de emergencia. En caso de falla de vapor será posible trabajar en el área de fermentación En caso de fallo de agua de enfriamiento, es posible trabajar en el área de cocción y en los reactores de fermentación, ya que el agua contra incendio y control de temperatura dentro de estos equipos es aparte del agua de enfriamiento.

55

Flexibilidad de operación con diferentes cargas La alimentación del agave al horno debe ser muy próxima a la de 6100 kg, que es la capacidad del horno. Teniendo como máximo la operación 3 cargas a horno como mínima 1. La cantidad de agua de proceso está en función de la cantidad y concentración de azucares de la miel extraída. El agua de dilución deberá ser 450ml por cada litro de tequila a 55°G.L

ESPECIFICACIONES DE LAS ALIMENTACIONES Referido a tequila a 55°G.L. AGAVE AGUA VAPOR LEVADURA

0.3% del total de las mieles alimentadas al fermentador

CONDICIONES DE LA ALIMENTACIÓN AL LÍMITE DE BATERÍA AGAVE

Variedad: Tequila weber azul Temperatura: 20 – 30°C Edad: 8-10 años maduro Procedencia: agricultores de las regiones tequileras. Estado: solido (piña completa) Peso por agave(piña): 45 – 55 kg Numero de agaves(piñas por lote): ……..

Especificaciones particulares: perfectamente jimado y descogollamiento perfecto AGUA

Procedencia: pozo profundo Temperatura: 10-20°C Características fisicoquímicas: inodora, incolora e insipida

56

ESPECIFICACION DE LOS PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS Especificación de diseño de productos Tequila

Volumen de etanol en volumen total: 38% minimo y 55% máximo Metanol anhidro: 100mg/100ml minimo y 300 mg/ 100 ml m áximo Alcoholes superiores anhídridos: 10.0mg/100ml minimo y 400 mg/ 100 ml máximo Extracto seco: 0.2 g/l para joven y 5.0 g/l para añejo y reposado.

Especificación de diseño de subproductos Bagazo Vinazas Metanol Alcoholes superior

Fibra con alto contenido de humedad Residuo de la torre de destilación Cabeza del alambique Cola del alambique

AGENTES QUÍMICOS Área Tratamiento vinazas Fermentación

Agente químico de Acido sulfúrico Sales de nitrato

Estado físico Liquido

Forma de recibo Tambor

Solido

Botes

INSTALACIONES REQUERIDAS DE ALMACENAMIENTO Alimentaciones Agave En el patio de recepción del agave se debe tener la próxima carga que alimentara al horno. Se debe realizar bajo especificaciones anteriormente descritas. Agua Se extra del pozo profundo, se almacena momentáneamente en la cisterna con capacidad de 1000 L. Productos Se obtienen 10,000L de tequila al mes a 55°GL. Estos se distribuyen de la siguiente manera: Joven ……. 5000L Añejo…….5000L

57

SERVICIOS AUXILIARES Vapor Tipo………………..vapor de baja presión Presión……….…..5 kg/cm2 Temperatura……152°C

Agua de enfriamiento Procedencia Sistema de enfriamiento Presión de suministro en L.B Temperatura de suministro Disponibilidad Presion de retorno en L.B Temperatura de retorno

Tratamiento y de proceso Torre de enfriamiento de flujo crizado 5psi 25°C 1 GPM 2psi 40-50°C

Agua potable (para dilución) 71 Fuente: pozo profundo Agua contra incendio Disponibilidad: 15000L Presión:10.5 psi Agua para proceso Fuente de suministro: tratamientos Presión en L.B: 5 psi Temperatura: 20-25°C Análisis de agua Es importante acondicionar el agua para su uso y clasificarlas adecuadamente, por lo tanto debemos seleccionar un tipo de tratamiento que se usará dependiendo de ciertos factores, entre los cuales los más importantes son la composición del agua dura y la calidad del efluente requerido.

58

SISTEMAS DE SEGURIDAD Para garantizar las condiciones completas de seguridad en la planta, se diseñarán tanto sistemas como planes y programas de seguridad, los cuales tendrán que regirse por las diferentes normas y códigos para cada tipo de situación. Sistema contra incendio Los criterios empleados para definir las areas de riesgos y contra incendio, asi como para el diseño de la red contra incendio y del equipo móvil y portátil de la planta, estará basados en las normas de código NFPA. Habrá un sistema de rociadores y protección por monitoreo e hidratantes y cámaras de espuma de acuerdo al NFC. Protección personal La planta contará con duchas y tomas de aire de acuerdo al número de trabajadores. 59

También de llevará a cabo un programa de registro e investigación de accidentes de acuerdo a la NOM-0221-STPS-1993 y al reglamento general de seguridad e higiene en el trabajo. Para garantizar las buenas condiciones laborales, existirán programas de protección personal y se aplicarán las siguientes normas: a) Calidad del aire en áreas laborales: NOM-009-1993 y NOM -010-STPS-1993 b) Identificación de sustancias químicas: NOM-009-STPS-1993

CONDICIONES CLIMATOLOGICAS Temperatura Máxima extrema: 45°C Mínima extrema: 18°C Media anual: 23.2°C Viento Dirección de los vientos dominantes: sureste a noroeste Dirección de los vientos reinantes: este a noroeste Humedad Promedio: 23% con un punto de rocio de 5°C Atmosfera Presión atmosférica: 1 atm BASES DE DISEÑO ELÉCTRICO Características de la alimentación a motores En la siguiente tabla se muestran las características de diseño que deberán cumplir las alimentaciones de voltaje en los motores eléctricos.

60

Corriente para alumbrado En la siguiente tabla se muestran las características de diseño que deberán cumplir las alimentaciones de voltaje en el alumbrado de la planta

Alumbrado de emergencia Consistirá de reflectores incandescentes energizados con baterías de níquelcadmio o de otro sistema que opere instantáneamente al producirse una pérdida del suministro total BASES DE DISEÑO PARA TUBERÍAS Soporte de tuberías Según sea la necesidad o la especificación, las tuberías podrán estar soportadas en concreto, ya sea a ras del suelo o enterradas, o bien sobre estructuras metálicas. Tipos de drenaje Los tipos de drenaje con los que se contará son el drenaje pluvial, el sanitario y el de proceso, los cuales tendrán que unirse en un canal común antes de abandonar los límites de la planta. BASES DE DISEÑO PARA INSTRUMENTOS Cuarto de control, los equipos y líneas que lo requieran deberán llevar un control proporcional con reajuste y acción anticipada. Aunque debemos de considerar lo que deba requerir el equipo y la línea, ya que si se considera suficiente con un control de dos pasos podemos instalar este equipo de control.

61

NORMAS, CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES Tomar en consideración, las normas nacionales e interna cionales, que se muestran en la siguiente tabla:

62

63

Capítulo V. Desarrollo del proyecto a. Descripción del proceso Las piñas, con un peso promedio de 60 kg, son recibidas en camiones al almacén de la planta, donde se almacenarán de 137 a 140 piñas (dependiendo del peso de las mismas). Estas serán inspeccionadas por el departamento de control de calidad, donde se verificarán sus propiedades microbiológicas para revisar que no tengan ningún tipo de batería y/o microorganismo dañino; asimismo, se tomarán datos de su peso, volumen, cantidad de calor necesaria para combustión y punto de fisión. Simultáneamente, las piñas serán enjuagadas por el trabajador de planta, con una toma de manguera para remover con agua de servicio todos los residuos sólidos, lodo, tierra, estiércol, entre otros. El agua proveniente del enjuague será llevada, inicialmente, a través de coladeras para llegar a una tubería que desemboque a una bomba centrífuga, a la pequeña planta de tratamiento de la planta para poder ser recirculada Una vez realizado esto, el trabajador transportará las piñas a la tolva TO-101, que, a través de los sensores de peso, al tener dentro el peso aproximado de 4 piñas (200 kg), accionará la apertura de la tolva para que las piñas caigan, a través de camisones, a la banda transportadora BT-101, que las llevará a la tolva TO-102, que es complemento del equipo de desgarre D-101, donde las piñas son cortadas a través de cuatro cuchillas, con el fin de obtener mayor eficiencia en la etapa de hidrólisis. Los pedazos de piña caen a la tolva TO-103, donde, a través de camisones, los trozos de agave caen a la banda transportadora BT-102, que posteriormente entra al horno. Una vez desgarradas las piñas se alimentan por medio de un transportador por la parte superior del horno, donde caen por gravedad. El calentamiento del horno se realiza con vapor en contacto directo. La temperatura de operación del horno es de 100 grados centígrados y el tiempo de residencia es de 6 horas. La razón por la cual, el agave se somete a calentamiento es para romper los enlaces glucosídicos de la inulina, para obtener monosacáridos, principalmente fructosa y glucosa. Los azúcares esenciales se presentan en forma de mieles. Una vez realizada la cocción, se tienen dos corrientes de salida, una corriente es miel rica en azúcares, la cual se alimenta por gravedad al tanque colector de mieles, la otra corriente que contiene bagazo rico en azúcar y qué son los sólidos provenientes del horno, se alimentan por medio de una banda al molino, donde se agrega agua y se exprime para aprovechar la materia prima al máximo. Una vez exprimido el bagazo, las mieles extraídas se alimentan por gravedad al tanque colector de mieles, donde se mezclan con las mieles extraídas del horno.

64

Del molino también se obtiene un residuo que es conocido como bagazo seco, el cual se envía al límite de batería. Las mieles provenientes de la molienda tienen una temperatura alta, por lo que es necesario pasarla por un enfriador para bajar la temperatura a 2 5°C para ajustar las mieles a una temperatura apta para la fermentación. La temperatura aproximada la cual entran las mieles es de 60 grados centígrados saliendo a 30 grados. Las temperaturas de entrada y salida del agua de enfriamiento son respectivamente de 25 y 31 grados centígrados. Una vez enfriadas las mieles se introducen al tanque de mezclado, el cual tiene como función detectar la concentración de azúcares conten idos en las mieles (°Bx). Una vez detectada la concentración de azucares (°Bx) en las mieles, esa concentración se bajará agregándole agua potable. La función de esta parte del proceso es preparar las mieles con las especificaciones necesarias para la fermentación (14°Bx), mediante la adición de agua. La corriente (21) ingresa al reactor RE-01, al cual se le agrega la corriente (22) en este caso levadura para la fermentación, la reacción se lleva a cabo en un lapso de 30 horas. La corriente (24) ingresa a un filtro prensa FI-02, en el cual se retira la levadura que no reacciono (26) va hacia el drenaje; mientras la corriente (25) se introduce a un tanque de balance TA-03, la corriente (28) se introduce a la primera torre de destilación, en la cual el vapor entra en contacto directo con las mieles de fermentación obteniéndose por los domos 40% de alcoholes y 60% de a gua, por los fondos se obtienen las vinazas las cuales se desechan por el drenaje. La corriente (34) ingresa al tanque de balance TA-04, la corriente (38) ingresa a la segunda destilación, conocida como alambique. La temperatura en el alambique es de 80°C y solo se toma el corazón, es decir, las cabezas y colas son desechadas logrando así obtener un alcohol con un grado alcohólico de 55, este destilado es el denominado tequila. La corriente (44) ingresa al tanque de ba lance TA-05, a su vez la corriente (46) ingresa a los 3 tanques de balance, la corriente (48) donde el tequila obtenido pasa a través de unos filtros FI-03 de celulosa y carbón activado para eliminar cualquier impureza que se hubiera filtrado durante el proceso. La corriente (50) ingresa a los tanques TA-07 de almacenamiento que a su vez la corriente (53) ingresa a las barricas o bien ha envasado dependiendo el tipo de tequila.

65

b. Balance de materia y energía Tolva TO-101 1

2

CORRIENTE F(kg/lote) T(°C) P(atm) (poise) (KG/m3) Xi inulina Xi fructuosa Xi glucosa Xi agua Q(KJ/h)



1 6787.24 25 1 415 1 0 0 0 -

2 6787.24 25 1 415 1 0 0 0 -

66

2

3

CORRIENTE F(kg/lote) T(°C) P(atm) (poise) (KG/m3) Xi inulina Xi fructuosa Xi glucosa Xi agua Q(KJ/h)



2 6787.24 25 1 415 1 0 0 0 -

3 6787.24 25 1 415 1 0 0 0 -

67

9

8

10

CORRIENTE F(m3/h) T(°C) P(atm) (poise) (KG/m3) Xi inulina Xi fructuosa Xi glucosa Xi agua Q(KJ/h)



8 14.69979 82 1 0.01 1539.6 0.2 0.72 0.08 0 -

10 13.22981 73 1 0.01 1491.03 0.182 0.655 0.073 0.09 -

9 1.469979 25 1 1 1000 0.182 0.655 0.073 0.09 -

56

11

12




11 13.229814 70 1 0.01 1491.03 0.182 0.655 0.073 0.09 -

12 11.906832 70 1 0.01 1396.52 0.102 0.726 0.008 0.092 -

56 1.3229814 1 1326.5 0.9 0.01 0.01 0.08 68

13

14

..CORRIENTE F(m3/h) T(°C) P(atm) (poise) (KG/m3) Xi inulina Xi fructuosa Xi glucosa Xi agua Q(KJ/h)

.



13 11.906832 70 1 0.01 1396.52 0.102 0.726 0.008 0.092 -

14 14.88354 70 1 0.01 1515.787 0.1216 0.7253 0.08 0.0736 17

15 18

16




15 14.888345 60 1 0.01 1423.529 0.1216 0.7253 0.08 0.0736 1318433.49

16 14.888345 35 1 0.01 1423.529 0.1216 0.7253 0.08 0.0736 1318433.49

17 52.4937686 25 1 1 1000 0 0 0 1 -

18 52.4937686 31 1 1 1000 0 0 0 1 69

16

19

20




16 14.888345 35 1 0.01 1423.529 0.1216 0.7253 0.08 0.0736 -

19 9.5764597 25 1 1 1000 0 0 0 1 -

20 24.46 25 1 1313.8486 0.07399176 0.44133409 0.04867879 0.4362996 -

70

44

45

.

CORRIENTE F(m3/h) T(°C) P(atm) (poise) (KG/m3) Xi agua Xi alcohol Q(KJ/h)



44

45

0.41666667

0.41666667

50 1.3 0.0220201 0.7102 0.9 0.1 271389.769

50 1.3 0.0220201 0.7102 0.9 0.1 46

47




46

47

0.41666667

0.41666667

50 1.3 0.0220201 0.7102 0.9 0.1 -

50 1.3 0.0220201 0.7102 0.9 0.1 71

39 38

40




38

39

40

0.52083333

0.41666667

0.10416667

50 2.9 0.0220201 0.3162 0.6 0.4 -

80 1.5 0.0220201 0.7102 0.9 0.1 271389.769

50 2.9 0.0220201 0.3162 0.6 0.4 275901.1508

A

39 B

44




39

44

0.41666667

0.41666667

80 1.5 0.0220201 915.6 0.9 0.1 40007.4621

50 1.3 0.0220201 915.6 0.9 0.1 40007.4621

A 0.12261023 25 2.9 3.2

B 0.12261023 31 1.5 3.2

1000

1000

1.0 0 -

1.0 0 -

72

42

40 43

41




40

41

0.10416667

0.10416667

50 2.9 0.0220201 915.6 0.6 0.4 10002.1056

80 1.5 0.0220201 915.6 0.6 0.4 10002.1056

48

42 0.12261023 110 2.9 0.08352

43 0.12261023 100 1.5 0.08352

0.7

0.7

1.0 0 -

1.0 0 -

49

FI-03

Corriente

48

0.41666667 m3/h °C atm Composición Alcohol 0.00487538 Flemazas Agua

0 0.99513544

Corriente

49

0.41666667 m3/h 25 °C atm

Composición Alcohol Agua

0.00487538 0.99513544

73

50

Corriente

Corriente

51

0.625 m3 25 °C 1 atm Composición

50

0.20833333 m3/h 197.291667 kg/h

Alcohol

0.00487538

Agua

0.99513544

25 °C atm Composición Alcohol Agua

0.00487538 0.99513544

51

53

Corriente

54

0.625 m3

Corriente

53

0.20833333 m3/h 25 °C 1 atm Composición Alcohol 0.00487538 Agua

0.99513544

25 °C 1 atm Composición Alcohol 0.00487538 Agua

0.99513544

54

74

c. Diagrama de Flujo de Proceso

75

d. Diagrama de Tuberías e Instrumentación

76

e. Datos de equipos 1) Tanques de almacenamiento TA-101

TA-102

TA103 0.65

TA104 1

DIAMETRO 1.1 0.9 (m) ALTURA 1.870488 1.53 1.105 1.7 (m) VOLUMEN 1.08589 0.66066 0.2604 0.868

m

TA- TATA105 106/107/108 109/110/111 0.86 0.75 0.8578 1.33

1.2

1.3725

0.69

0.46

0.6875

2) Intercambiadores de calor NUMERO DE PLACAS ANCHO(m) ESPESOR (m) DISTANCIA ENTRE PLACA (m) AREA LATERAL

m

LMTD (°C) U (KJ/h ) Flujo (Kg/h)

m °C

EX-101 3

C-102 4

RH-102 2

0.32 6E-04 0.003

0.32 6E-04 0.003

0.32 6E-04 0.003

0.12

0.12

0.12

17.8452

35.6641 2736 381.50

39.1523 2664

6300 630.83

95.378052

3) Torres de destilación TD-101 DIAMETRO (m) 0.8550 2.5652 ALTURA (m)

TD-102 0.8846 2.653

4) Bombas Las tuberías del proceso se consideraron, por datos y recomendaciones del libro “Flujo de fluidos en tuberías, válvulas y accesorios”, de Crane Co., de 3/8 de pulgada

nominal, con todas las tuberías de acero inoxidable AISI 316/316L. Asimismo, las bombas se consideran con una eficiencia del 60%.

77

P-002 P-003 P-004 11717.277 11717.277 11717.277

Presión de succión (kg/m2) Presión 18534.819 18805.2 de descarga (kg/m2) -Wf (m) 5.3214 5.5166 Potencia 0.5939 0.6157 real (HP) P-007 Presión 13413.75 de 28 succión (kg/m2) Presión 16007.01 de 43 descar ga (kg/m2) -Wf (m) 2.9538 Potenci 0.2416 a real (HP)

P-005 P-006 13783.7294 11436.8932

19014.6955 17798.4591 17170.6744

5.6679 0.6326

3.2977 0.3680

5.5897 0.4976

P-009 11347.30 04

P-010 11327.38 76

P-012 11331.25 91

P-013 11331.25 91

P-014 11331.25 91

16819.03 3

16691.77 51

17593.77 23

21102.79 31

20225.53 79

5.7897 0.4736

5.7897 0.4643

6.6679 0.4643

10.1805 0.8196

9.3023 0.7489

78

f. Layout

79

g. Reactor Fermentador El reactor fermentador es el corazón del proceso, pues en él se lleva a cabo la fermentación alcohólica que convierte las hexosas (fructosa y glucosa) en alcohol etílico y dióxido de carbono. La levadura utilizada es propia del agave, y es la especia Saccaromyces cerevisiae, Debido a la poca información existente sobre la cinética de la reacción de la fermentación utilizando la levadura especificada, se recurrió a un artículo publicado por la Universidad de La Habana, a partir del cual se obtuvieron ciertos datos cinéticos, necesarios para la obtención del tiempo óptimo de residencia dentro del reactor.

 →22

Antes de que se lleve la reacción de fermentación, toda la glucosa se convierte en fructosa, para, entonces fermentarse, por lo que se tienen tres balances molares, uno a la entrada, uno al acabar la fructosakinasa d e reaccionar, y el último al acabar la fermentación. Adicionalmente, se agrega levadura en una proporción del 0.3% con respecto al volumen de entrada al reactor.

Inulina Fructosa Glucosa Agua Etanol CO2 Total

Balance molar # moles entrada #molesintermedios #moles salida 2.383082284 2.383082284 2.383082284 464.5171087

514.7862536

495.7105415

50.2691449

0

0

16145.44769

16145.44769

16145.44769

0

0

15.97992419

0

0

39.06185586

16662.61702

16662.61702

16659.52123

Para conocer la composición a la salida se realizó otro balance: Salida inulina fructosa glucosa agua etanol dioxido Levadura Total

Balance molar Volumen com/molar Com/volumen 8.826230682 0.000142712 0.024530266 56.18052804 0.029685785 0.156139505 0 0 0 290.6180584 0.966875309 0.807699062 2.178354446 0.000956963 0.006054183 0.933073647 0.002339232 0.002593241 1.07358 0.002983743 359.8098252 1 1

80

Y para conocer la composición de la corriente líquida de salida del reactor se eliminó la cantidad de moles de dióxido de carbono, pues este se elimina por la purga del reactor. Balance molar Corriente 23 inulina fructosa glucosa agua etanol Total

#moles 2.383082284

com/molar 0.000143046

495.7105415

0.029755389

0

0

16145.44769

0.969142358

15.97992419

0.000959207

16659.52123

1

A continuación, se presentan los datos obtenidos a diferentes tiempos, de concentración de cada componente, siendo A el fermentado, B, alcohol y C el dióxido de carbono. También se presenta la gráfica de concentración/tiempo. Gramos A Lt de A g/L de A Gramos B Lt B g/L de B Gramos C Lt de C g/L de C t (h) g A lA CA gB lB CB gC lC CC Vrxn (L) 0 92764482.9 58342.44207 1590 0 0 0 0 58342.44207 73.9447935 0.999447851 58342.44207 31.67342132 0.999447851 58374.67357 1 92647798.01 58269.05535 1587.123188 58342.44207 2 92531259.9 58195.76095 1584.253164 116611.4974 147.7965747 1.996537537 116611.4974 63.30700186 1.996537537 58406.86452 2.991276606 174807.2584 94.90079173 2.991276606 58439.01498 3 92414868.38 58122.55873 1581.389906 174807.2584 221.5554605 3.983672575 232929.8171 126.454841 3.983672575 58471.125 4 92298623.26 58049.44859 1578.533392 232929.8171 295.2215679 4.973732931 290979.2657 157.9691996 4.973732931 58503.19463 5 92182524.37 57976.43042 1575.683601 290979.2657 368.7950136 442.275914 5.961465127 348955.6961 189.4439175 5.961465127 58535.22392 6 92066571.51 57903.50409 1572.840511 348955.6961 91950764.5 57830.6695 1570.004101 406859.2002 515.6643856 6.946876587 406859.2002 220.8790446 6.946876587 58567.21293 7 1567.17435 464689.8697 588.9605446 7.929974701 464689.8697 252.2746307 7.929974701 58599.16169 8 91835103.16 57757.92651 8.910766831 522447.7962 283.6307254 8.910766831 58631.07027 9 91719587.31 57685.27503 1564.351237 522447.7962 662.1645072 10 91604216.76 57612.71494 1561.53474 580133.0713 735.2763894 9.889260307 580133.0713 314.9473785 9.889260307 58662.93871 808.296307 10.86546243 637745.7862 346.2246396 10.86546243 58694.76706 11 91488991.33 57540.24612 1558.724839 637745.7862 12 91373910.83 57467.86845 1555.921512 695286.0323 881.2243755 11.83938046 695286.0323 377.4625583 11.83938046 58726.55538 91258975.1 57395.58182 1553.124739 752753.9008 954.0607107 12.81102165 752753.9008 408.6611839 12.81102165 58758.30372 13 13.78039319 810149.4826 439.820566 13.78039319 58790.01211 14 91144183.93 57323.38612 1550.334498 810149.4826 1026.805428 1547.55077 867472.8687 1099.458642 14.74750227 867472.8687 470.9407539 14.74750227 58821.68063 15 91029537.16 57251.28123 90915034.6 57179.26704 1544.773534 924724.1499 1172.020469 15.71235604 924724.1499 502.0217969 15.71235604 58853.30931 16 981903.417 1244.491023 16.67496161 981903.417 533.0637443 16.67496161 58884.8982 17 90800676.06 57107.34344 1542.002769 57035.5103 1539.238454 1039010.76 1316.870419 17.63532607 1039010.76 564.0666452 17.63532607 58916.44736 18 90686461.38 18.59345649 1096046.271 595.0305487 18.59345649 58947.95684 19 90572390.36 56963.76752 1536.480571 1096046.271 1389.158771 19.54935989 1153010.038 625.9555039 19.54935989 58979.42668 20 90458462.82 56892.11498 1533.729097 1153010.038 1461.356195 20.50304327 1209902.153 656.8415598 20.50304327 59010.85694 21 90344678.59 56820.55257 1530.984013 1209902.153 1533.462805 22 90231037.49 56749.08018 1528.2453 1266722.706 1605.478715 21.45451361 1266722.706 687.6887654 21.45451361 59042.24766 22.40377784 1323471.786 718.4971694 22.40377784 59073.5989 23 90117539.33 56677.69769 1525.512937 1323471.786 1677.404038 23.35084289 1380149.484 749.2668207 23.35084289 59104.9107 24 90004183.93 56606.40499 1522.786903 1380149.484 1749.238889 25 89890971.12 56535.20196 1520.06718 1436755.889 1820.983382 24.29571563 1436755.889 779.997768 24.29571563 59136.18311 56464.0885 1517.353748 1493291.091 1892.637631 25.23840294 1493291.091 810.69006 25.23840294 59167.41619 26 89777900.72 26.17891163 1549755.179 841.3437454 26.17891163 59198.60998 27 89664972.54 56393.06449 1514.646587 1549755.179 1964.201748 27.1172485 1606148.244 871.9588727 27.1172485 59229.76454 28 89552186.41 56322.12982 1511.945676 1606148.244 2035.675847 28.05342034 1662470.373 902.5354905 28.05342034 59260.8799 29 89439542.15 56251.28437 1509.250998 1662470.373 2107.060042 28.98743388 1718721.658 933.073647 28.98743388 59291.95613 30 89327039.58 56180.52804 1506.562532 1718721.658 2178.354446

81

70000 60000 50000 40000

L de Fermentado v Tiempo L de Etanol v Tiempo

30000

L de CO2 v Tiempo 20000 10000 0 0

5

10

15

20

25

30

82

h. C lean In Place (CIP) En la industria Tequilera, se tiene gran preocupación por la higiene de los equipos involucrados en la producción del Tequila. La metodología y los equipos utilizados, así como la concentración de las soluciones de limpieza y los tiempos de residencia, se presentan más adelante. En este proyecto nuestro sistema de limpieza consta de dos CIP’s, específicamente para los equipos utilizados en el proceso, desde la

recepción de las piñas, la reacción en los reactores y las líneas de tuberías. La limpieza se lleva a cabo mediante la circulación de agua y disoluciones de productos químicos calientes a través del equipo o tubería. El proceso de limpieza comprende tres etapas:   

Limpieza y eliminación de suciedad. Desinfección, reduce el número de bacterias residuales de los depósitos. Esterilización, eliminación de todas las bacterias.

El CIP consta de cuatro tanques:    

Agua recuperada Sosa caustica Ácido fosfórico Agua fresca

El proceso de limpieza comienza con el enjuague, proveniente del primer tanque que contiene agua recirculada, la cual se hace fluir a través de los tanques de proceso y tuberías (10 a 15 min) para remover sólidos que hayan quedado después de la operación y vaciado de los equipos. Esta agua se desecha. Se continúa utilizando una disolución de sosa cáustica (NaOH) al 2% a una temperatura de 80ºC, se hace circular en los tanques de proceso y redes de tuberías durante un tiempo mínimo de 30 minutos para eliminar cualquier patógeno que pueda alterar la calidad del producto. Esta disolución es recirculada al tanque del CIP a alta presión con una bomba. Una vez terminado de limpiar los tanques, la solución de sosa habrá bajado de temperatura a unos 50 o 60°C. Esta solución debe de calentarse hasta algo más de 80ºC para la limpieza de los siguientes tanques. Después se hace un enjuague con agua fresca que proviene del tanque para arrastrar la sosa que esta retenida en los tanques y tuberías para ser recuperada. Esta operación dura 5 minutos. En seguida del siguiente tanque, se hace fluir una solución de ácido para eliminar todos los microorganismos y bacterias restantes, y para neutralizar los residuos de sosa sobre las superficies, después de su recorrido se vuelve a almacenar. Nuevamente se enjuaga con agua fresca durante 5 minutos y se recircula al tanque del ácido. Después de este último enjuague, el agua es recirculada para repetir el proceso de limpieza en el momento requerido. Los intercambiadores de calor de placas se limpian en dirección contraria de flujo a la que ha sido transportado el 83

mosto. De esta forma, la limpieza es mucho más eficiente, pudiendo arrastrar incluso pequeñas partículas depositadas entres las placas. Control de Nivel de los Tanques del CIP. En todos los tanques del proceso se controló la presión mediante una válvula de desfogue o de alivio. Generalidades sobre la limpieza en la industria alimenticia. Los equipos de limpieza CIP, son sistemas diseñados para lavar y desinfectar automáticamente equipos y tuberías. Además, un sistema de CIP posibilita limpiar una porción de la planta, mientras que otras áreas continúan operando permitiendo una utilización más alta de la planta de producción y ahorros significativos de líquidos de limpieza, aguas de enjuague y horas de trabajo. La limpieza CIP se puede realizar con sistemas automatizados o manuales, siendo procesos confiables que resuelven el camino que marcan las regulaciones de buenas prácticas de manufactura, para las industrias alimenticias. Un CIP bien diseñado aumenta la seguridad de sus instalaciones, no requiere que personal lave manualmente y evita que potentes productos de limpieza sean manipulados por los operadores. La tecnología de CIP es importante para muchas industrias, sobre todo, en las cuales el proceso debe ocurrir en un ambiente higiénico o aséptico. Características del equipamiento:          

Limpieza por rociadura y recirculación. Limpia y sanidad de equipos y tuberías. Ahorro de agentes de limpieza. Ahorro de tiempo y energía. Gran variedad de aplicaciones Proceso de limpieza repetible y estandarizable. Funcionamiento automático y manual. Diseño compacto. Compatibilidad y fácil actualización de componentes. Construcción en Acero inoxidable y materiales nobles.

El sistema de limpieza requiere, limpiar los equipos y tuberías, en cuanto termina cada lote. El sistema de limpieza (CIP), está diseñado para limpiar las superficies de contacto de equipo y tubería en el lugar, eliminación de cualquier resto de suciedad (residuos orgánicos del sistema de procesamiento) y del crecimiento microbiológico, tiene como característica que se lleva a cabo sin desmontar. Los lavados siempre se hacen por aspersión con espreas. En el CIP influyen factores mecánicos y químicos, así como la temperatura y el tiempo. La limpieza puede ser efectuada con sistemas manuales o automáticos y es un proceso fiable y repetible, el que debe cumplir con las estrictas normas de higiene de la industria de alimentos. Las ventajas de una línea CIP, es que se trata de un servicio seguro, con tiempos breves y programados para realizarse, evitando 84

así grandes paros en el proceso Las estaciones CIP, se diseñan a partir de un estudio de las necesidades de proceso y su limpieza, y al mismo tiempo con el nivel de confiabilidad y costo que se adecuen al concepto de costo beneficio. Las estaciones CIP, contienen soluciones de limpieza. En los equipos auto máticos, se pueden monitorear, controlar y registrar todas las variables críticas del proceso de limpieza como son: Caudal (velocidad) Temperatura Presión Tiempo Frecuencia de Limpieza.

   

De esta manera se pueden ajustar y optimizar todos los parámetros en todo momento. En la mayoría de los casos, la limpieza en las estaciones CIP, utilizan varios tanques de soluciones de limpieza según la cantidad de productos de limpieza que requiera el ciclo de lavado. Las soluciones químicas (ácidas y alcalinas), al igual que el agua, pueden recircularse y retornar a la estación de CIP recuperándose a partir de un tiempo definido para las próximas utilizaciones. De esta manera la reutilización de las soluciones permite reducir drá sticamente no sólo el costo de los químicos sin o el aporte a la planta de tratamiento de efluentes. La limpieza se lleva a cabo mediante la circulación de agua y disoluciones de productos químicos calientes a través del equipo o tubería que trabaja en contacto con los productos, el proceso de limpieza comprende tres estados: Limpieza, eliminación de suciedad Desinfección, reducción del número de bacterias residual en los depósitos y superficies pulidas. Esterilización, eliminación de todas las bacterias La efectividad de la limpieza se determinada por cuatro factores: Tiempo de duración del ciclo de limpieza. Agente de limpieza, productos químicos o combinación de ellos y la concentración de sus disoluciones Temperatura elevada proporciona limpiezas más rápidas. Velocidad/caudal de paso de la disolución o equipo a limpiar. de limpieza a través de la tubería. Frecuencia entre ciclos de limpieza. La función de la unidad de limpieza CIP es la de pre parar las soluciones de limpieza en la concentración y temperatura adecuadas y programar los distintos ciclos necesarios para la limpieza de todos los elementos de la planta. Un sistema de 85

lavado automático, que consiste en recircular la solución de limpieza a través de los componentes de la línea de proceso como tuberías, bombas, válvulas, etc. La solución de limpieza pasa a gran velocidad por la línea, generando la fricción requerida para eliminar la suciedad. Siempre hay que tener en cuenta que la solución sea adecuada para todas las superficies por las que circulará y evitar que se acumule en los fondos de los equipos, porque pierde su poder esterilizador. Los ciclos de limpieza se deben repetir inmediatamente después de terminar el ciclo productivo con el fin de eliminar los depósitos de compuestos orgánicos, que constituyen el crecimiento bacteriano y que favorecen la biocorrosión. La técnica consiste en automatizar la solución de detergente sobre las superficies superiores de los mismos y dejar entonces que desciendan por las paredes. Limpieza de sistemas cerrados. Gran parte de los sistemas industriales de producción incorporan sistemas cerrados por donde circulan alimentos o ingredientes. Para lograr una limpieza efectiva se hace circular por los equipos e instalaciones durante un tiempo determinado y con un caudal turbulento. Esta turbulencia sólo asegura la efectividad de la limpieza si presenta el llamado número de Reynolds. Los fluidos utilizados para las operaciones de limpieza deben circular en régimen turbulento. El óptimo resultado es logrado alcanzando velocidades en tubería de 1,5 a 3,0 m/s. En la siguiente tabla se muestran las condiciones de limpieza para distintos diámetros de tuberías.

Para alcanzar la limpieza deseada en sistemas de tuberías se deben seguir algunas indicaciones de interés: Diámetros constantes en tuberías y uniones No existencia de puntos muertos Velocidad del fluido uniforme Las tuberías deben ser capaces de drenar su contenido por gravedad (pendiente hacia drenaje). También es importante que la instalación esté realizada de manera adecuada. Las cuatro formas higiénicas de unir tuberías más comúnmente usadas son: 86

Unión con bridas higiénicas Unión soldada Limpieza de tanques y recipientes Para su limpieza se instalan una o más bochas de limpieza, según la geometría y los dispositivos internos del tanque. En la entrada y salida de disoluciones de limpieza a los tanques se emplean sistemas de alta seguridad que evitan que al limpiar un tanque haya la posibilidad de entra da de disolución de limpieza a otros tanques con producto almacenados. Dispositivos de limpieza. Limpieza estática con brochas de limpieza (sprayballs). Estos son los dispositivos más comunes y se utilizan para la limpieza de tanques y recipientes de productos más sencillos de remover y más solubles en agua o en detergentes utilizados. Se caracterizan por su sencillez de instalación, bajo costo y mantenimiento prácticamente nulo. La esfera contiene una determinada cantidad de orificios de cierto diámetro uniformemente distribuidas en toda la esfera. Presión de trabajo: hasta 2,5 bar Diámetro de alcance: hasta 8 metros Caudal: hasta 67 m3/h Limpieza rotativa. Los dispositivos rotativos tienen una construcción más compleja ya que contienen rodamientos hidrodinámicos que permiten que el dispositivo gire con la propia presión del fluido de limpieza. En este caso, el cabezal rociador no tiene perforaciones pequeñas alrededor, sino que todo el líquido disponible se proyecta a través de una, dos o tres toberas de chor ro. La gran ventaja de estos modernos dispositivos es una limpieza más eficiente con mayor presión y menor caudal eliminando casi cualquier tipo de suciedad. Presión de trabajo: hasta 20 bar Diámetro de alcance: hasta 10 metros Caudal: hasta 29 m3/h Limpieza orbital Estos equipos se utilizan para eliminar suciedad compleja y difícil de remover y también para diámetros grandes. Presión de trabajo: hasta 90 bar Diámetro de alcance: hasta 27 metros Caudal: hasta 34 m3/h 87

Los productos utilizados para el sistema de limpieza, serán de la marca Betelgeux por las características del proceso se eligió: Tiempo típico del CIP: Pre enjuague de 5 a 10 min. Lavado con sosa de 30ª 40 min. Enjuagar 10 a 15 min. Desinfectar 5 a 10 min Enjuagar 10 a 15 min. Temperatura para el CIP. Para lavar los tanques se lleva a cabo con una temperatura de 85 °C. Para los recipientes del proceso en frio se lleva acabo a 40ºC. Requerimientos: tomar en cuenta que la sosa, detergente y agua no sean corrosivos con los equipos a lavar. Selección de tipo de fluido: Flujo laminar, agita el flujo de perfil de velocidad, más rápido. Para realizar la limpieza del equipo se tiene que tomar en cuenta el preenjuague y el tiempo + pérdidas. Según programación el tiempo promedio para una limpieza óptima es de aproximadamente 1 hora. El orden cronológico para la limpieza de los equipos en general se muestra a continuación: Pre enjuague con agua con objeto de eliminar las partículas sueltas de impurezas Inmediatamente después de acabar el ciclo de producción, se debe proceder al enjuague líquido con agua a una temperatura de 60°C. Cuando se procede a un lavado correcto con soluciones alcalinas es necesario esterilizar el equipo para que todas las superficies queden completamente libres de bacterias. Algoritmo para cálculo del volumen de los tanques del CIP 1. Selección del aspersor con respecto al diámetro de cada tanque. Tanques con diámetros de 2 - 2.5

88

Rotary spray ball

∅ 45

Modelo

Cap. S

Tubería

9612-4105-05

360 X up

1”

Presión de trabajo Presión recomendada

1-3

Bar 1.5 – 2 bar

Torre de destilación con diámetros de 2.6 – 4 Nozzies 8 (3m)

Modelo

Cap. S

Tubería

9612-5840-09

360 X up

1 1/2”

Presión de trabajo Presión recomendada

3.8 4 – 7

Bar bar

Reactores con diámetros de de 2.6 – 4 Noizzes 4(7mm)

Modelo

Cap. S

Tubería

9612-5840-23

360 X up

1 1/2”

Presión de trabajo Presión recomendada Temp. Max Max Temp Amb

3.8 4 – 7

Bar bar

95 140

Longitud de las tuberías Longitud 1 Longitud 2 Longitud 3

51.30m 54.03m 64.22m 89

Calculo del volumen de tanque.

   =∗ → 4 ∗

Presión Recomendada: 2 bar = 200 kPa

 (Dato de tabla; articulo)       5.8      =96.66  Q= 5.8

Caída de presión (bar) D=1 ¼ “

1.380 in 3.5052 cm

 =0.035052   = 0.035052 =9.6497∗10− 4 4 9.6497∗10− ∗  =  9.6497∗10− ∗170=0.164044  ñ    40% 0.164044 ∗1.4=0.278876  Tanques de CIP Capacidad Sobre diseño 10% 278.87L =0.278876  3.5052cm

90

91

Capítulo VI. Análisis de Resultados Durante la elaboración del proyecto se encontraron distintas áreas de oportunidad. La primera de ellas es el análisis del balance de materia y energía. Dado que la producción mensual de salida deseada es de 10,000 litros, se encontró que el tamaño de cada equipo iba a ser pequeño, comparado con las industrias a gran escala. Esto llevo a la toma de la decisión de, en distintas áreas del proceso, almacenar lo correspondiente a tres lotes de producción. De tal manera, los tanques y, principalmente, las bombas y cambiadores de calor, no estarían fuera de los estándares mínimos de comercialización de los mismos. Por tanto, los tanques anteriores al reactor deberían tener la capacidad de almacenar tres veces el lote unitario, por lo que, desde el principio del proceso, pasando por el horn o, se podrían tener flujos razonables de materia. El tiempo de reacción del horno será de 30 horas, como se mencionó anteriormente, por lo que, para compensar la baja producción de etanol que ofrece la reacción de fermentación, se necesitó aumentar la demanda de materia prima, y así dar la producción mensual deseada. Otro aspecto fue el calentamiento de las piñas en el horno. En la industria tequilera tradicional se acostumbra inyectar vapor a baja presión por varias horas para que se lleve a cabo la hidrólisis de la inulina contenida en las piñas del agave, y dicho vapor se mezcla con la corriente del proceso. Sin embargo, el dejar que se mezcle el vapor (que, posteriormente, se condensará) con las piñas, producirá una dilución de los azúcares, reduciendo así la eficiencia del proceso en la etapa de la fermentación. Por lo que, para evitar esto, se decidió que el vapor viajará a través de aletas ubicadas a lo largo del horno, transfiriendo el calor a través de ellas, y así, al condensarse el vapor, este regresará a la caldera, dejando las mieles concentradas. El uso de las válvulas mixproof fue esencial para la aplicación del sistema de limpieza de equipos, pues, de esta manera, se pueden minimizar arreglos complejos de válvulas.

92

93

Capítulo VII. Conclusiones La realización de este proyecto fue de gran utilidad para la formación de los integrantes del equipo para tener un gran acercamiento a la ingeniería de procesos y proyectos, pues se realizó el diseño de la planta, considerando todos los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera universitaria. Dado que los equ ipos utilizados en el diseño del proceso son utilizados en toda la industria alimenticia, será de gran ayuda para un futuro proyecto laboral, al tener ya conocimiento de aquellas herramientas utilizadas en las industrias. Por otro lado, se logró realizar una investigación mercadológica para conocer el comportamiento del producto, tanto en el aspecto de producción, como de consumo, a nivel nacional e internacional, lo que ofrece un espectro mayor al momento de considerar la implementación del proyecto, pues se puede tener seguridad de que la producción de tequila, puesto que ha ido en ascenso en los últimos años, será un proyecto rentable. Se lograron resolver los problemas presentados a lo largo de la elaboración del proyecto, aplicando los conocimientos ingenieriles adquiridos, destacando el diseño de un reactor bioquímico fermentativo alcohólico a través de los parámetros de cinética química encontrados en la bibliografía, obteniendo el tiempo de residencia óptimo para la mayor obtención de alcohol. Se denota el diseño de los intercambiadores de placas, realizados utilizando como base el diseño de intercambiador de tubos, dominando el dimensionamiento de los mismos para poder tener el área de transferencia de calor requerida. El conocimiento del sistema automatizado de limpieza de la planta, que hasta el momento era completamente desconocido, es una gran herramienta, útil para posteriores diseños de plantas alimenticias, pues es necesario para poder mantener la calidad de producto deseada y necesaria según la regulación normativa.

94

Anexos a. Memorias de cálculo de tanques TANQUES ANTES DE LOS FILTROS Volumen real

 = 0.4166  Con el porcentaje de sobre diseñó:

 = 0.45826  Fórmula para el cálculo del diámetro

   1. 6  1. 6  1. 6   = 6 0.1 4 0.75 12 0.15 Sustituyendo    1. 6  1. 6  1. 6   = 6 0.1 4 0.75 12 0.15    1. 6  1. 6  1. 6   0.45826  = 6 0.1 4 0.75 12 0.15  = 0.7493  Altura

 = 1.6 = 1.1989  ℎ = 0.8991 m ℎ = 0.1798 m ℎ = 0.1198 m

 = 1.1989 m  = 0.4580 

 = 0.3464   = 0.0264   = 0.0352  95

TANQUES DE ALMACENAMIENTO Volumen real

 = 0.625  Con el porcentaje de sobre diseñó:

 = 0.6875  Fórmula para el cálculo del diámetro

   1. 6  1. 6  1. 6   = 6 0.1 4 0.75 12 0.15 Sustituyendo    1. 6  1. 6  1. 6   = 6 0.1 4 0.75 12 0.15    1. 6  1. 6  1. 6   0.6875  = 6 0.1 4 0.75 12 0.15  = 0.8578  Altura

 = 1.6 = 1.3725  ℎ = 1.0293 m ℎ = 0.2050 m ℎ = 0.1372 m

 = 1.3725 m  = 0.6895 

 = 0.5948   = 0.0419   = 0.0528 

96

TANQUE DE BALANCE DE MIELES

V =0.2604 m % SD = 10%

ESPECIFICADO EN EL BALANCE DE MASA

VRQURO =VSD VRQURO =0.2604 m 0.02604 VRQURO =0.28644 m Diametro=0.65 m ECUACIONES A UTILIZAR 











VNRO = π  H VONO =  π  H VABZA =    VRQURO = VNRO V ONO   VRQURO = π  H  π  H VRQURO =  π  H

 3 D HNRO = ⌈4 V⌉π 2  3 0. 6 5  HNRO = ⌈4 0.2604 m ⌉π  2  HNRO = 0.8037 m  D VNRO = π 2 HNRO 97

 0. 6 5m VNRO = π  2  0.8037 m VNRO = 0.26789 m

VONO = VRQURO VNRO VONO = 0.28644 m 0.26789 m VONO = 0.01855 m HONO = 3 VONO  D π 2  3 0. 0 1855 m HONO = 0.65m  π 2  HONO =0.1677 m HABZA HABZA = HNRO HONO D mHABZA HABZA = 0.8037 m0.10.677 65 HABZA =0.1336 m HABZA πD VABZA = 6 0.1336 m   π 0. 6 5 m VABZA = 6 VABZA =7.3887E03 m 98

L = HONO HNRO HABZA L = 0.1677 m0.8037 m0.1336 m L = 1.105 m L = 1.105 m =1.7 D 0.65 m TANQUE DE DILUCIÓN DE MIELES

V = 0.868 m ESPECIFICADO EN EL BALANCE DE MASA % SD = 10% VRQURO =VSD VRQURO = 0.868 m 0.0868 VRQURO = 0.9548 m Diametro = 1 m ECUACIONES A UTILIZAR 











  VNRO = π  H VONO =  π  H VABZA =    VRQURO = VNRO V ONO VRQURO = π  H   π  H VRQURO =  π  H

 3 D HNRO = ⌈4 V⌉π 2 99

 3 1  HNRO = ⌈4 0.868 m ⌉π 2 HNRO = 1.0735 m  D VNRO = π 2 HNRO  1 m VNRO = π  2  1.0735 m VNRO = 0.8431 m

VONO = VRQURO VNRO VONO =0.9548 m 0.8431 m VONO =0.1116 m HONO = 3 VONO  D π 2  3 0. 1 116 m HONO = 1 m  π2 HONO =0.4265 m HABZA HABZA = HNRO HONO D mHABZA HABZA = 1.0735 m0.40.265 65 HABZA = 0.2 m 100

HABZA πD VABZA = 6 0.2 m   π 1 m VABZA = 6 VABZA =0.02618 m

L = HONO HNRO HABZA L = 0.4265 m1.0735 m0.2 m L = 1.7 m L = 1.7 m =1.7 D 1m b. Hoja de cálculo para dimensionamiento de torres de destilación DIMENSIONAMIENTO DE LA TORRE DE DESTILACIÓN 1 Volumen de torre (m^3)

1.736111

Porcentaje de sobre diseño(SD)

0.1

Vrequerido(m^3)

1.909722

==999.562221/ ==998.957375/ − Velocidad permitida = ∗ √  +++ + =    

…….ec1

………ec 2

101

En donde A

-1.877478

B

-0.81458

C

-0.187074

D

-0.014523

E

-0.001015

/= √ 

……..ec3

Sustituyendo en ec2

 =0.145432462 Sustituyendo ec3

 =1.00030  Velocidad permitida=Vperm=0.03577494 DIÁMETRO DE LA COLUMNA FLASH

Donde: W f P Mavg

Flujo de vapor Factor de carga de presión Presión de operación PM promedio de vapor

1907.73088 lb/h 0.3 se recomienda de 0.05 a 0.3 depende del L/D deseado 1 Atm 0.039984

lb/lbmol

102

Ƿl

densidad del liquido temperatura

T

D=33.66425116

in

D=0.855071518

m

L/D

3

999.5622

lb/ft^3

671.67

°R

Recomendado para presiones bajas y flujos pequeños

L=2.565214553

m

DIMENSIONAMIENTO DE LA TORRE DE DESTILACIÓN FLASH 2 Volumen de alambique (m^3)

0.52083

Porcentaje de sobre diseño(SD)

0.1

Vrequerido(m^3)

0.572913

==915.6/ ==810.1/  − Velocidad permitida = ∗ √  +++ + =    

…….ec1

………ec 2

En donde A

-1.877478

B

-0.81458

C

-0.187074

D

-0.014523

E

-0.001015 103

/= √ 

……..ec3

Sustituyendo en ec2

 =0.145432462 Sustituyendo ec3

 =1.063123152  De ecuación 1

Velocidad permitida=Vperm=0.04936677 DIÁMETRO DE LA COLUMNA FLASH

Donde: W

Flujo másico de vapor

f

Factor de carga de presión Presión de operación PM promedio de vapor densidad del liquido temperatura

P Mavg Ƿl T

D=34.82686429

in

D=0.884601875

m

744.157 8 0.3 1 0.09537 57.1589 689.67

lb/h se recomienda de 0.05 a 0.3 depende del L/D deseado Atm lb/lbmol lb/ft^3 °R

104

L/D= 3 sugerido para columnas de baja presión y flujos pequeños L=2.653805626

m

c. Hoja de cálculo de bombas

SUCCION:

                 2 =      2  2  =      2    2  2            =      2    2  2          =      2  2 

=4.4099  =1.2249∗103   = 1  ∅

= 1.610 in = 0.040894 m

ACCESORIOS Salida Válvula de mariposa Codo 90°

# 1 2 1

L/D K=1 L/D=50 45 30

Lei 58(0.04089 m) = 45(0.04089 m) (2)= 30 (0.04089 m) =

Lei 2.371852 m 3.6801 m 1.22682 m LET= 7.278772m LT= 8.778772 m

Z1 fT P1

1m 0.018 10332.277

LT

8.77877 m

 

 1385 

105

  4. 4 099  =  =   = 0.040894ℎ 4 4  =3357.5282 ℎ =0.9326  2 0.9326  10332. 2 77 9. 8 1   = 1 9.81  1385 3  29.81  2    8.77877  0. 0 180. 9 326    29.81  2  0.040894  1385 3    = (1 )7.46012  0.04432  0.17129  1385 3  =11,418.64635  DESCARGA:

     2 =      2  2 ACCESORIOS Válvula check Válvula de mariposa Codo 90°

# 1 1 3

L/D 135 45 30

Lei 135(0.04089 m) = 45(0.04089 m) = 30 (0.04089 m)(3) =

Z2 fT P2

1m 0.018 10332.277

LT ZD

17.5403 m 0

 

Lei 5.52015 m 1.84005 m 3.6801 m LET= 11.0403m LT= 17.5403 m

 1385 

          =   2      2  2            =   2      2  2   =      2 106

2 0.0180.9326 17.5403  10332. 2 77 9. 8 1   =19.81  1385 3  29.81  2  0.040894  1385 3   =12191.28059     ∆ ∆  = ∆     2  2 ∆∆      0 0.0180.9326 26.31907  0. 9 326 9. 8 1   = 0.3  9.81  29.81  2   29.81  2  0.040894      =0.3  0.04432  0.55065  = 0.89497  = 0.89497   =  ∗  =   =0.89497 1.2249∗103  1385 3 DATOS

fT LT

30 cm= 0.3m 0 0.9326 m/s 0 0.018 26.31907 m 1385

)

Al multiplicar por g/gc

 =1.51830 ⁄  ∗1.51830 ⁄  = 761  ⁄   

=0.01997 HP/0.6 = 0.03329 HP =

107

Diseño de una Planta Productora de Tequila

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