Proyecto: Diseño y simulación de equipos de proceso para la fabricación de cerveza artesanal en México.

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL CULHUACÁN INGENIERÍA MECÁNICA SEMINARIO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL CON OPCIÓN A TITULACIÓN REGISTRO: DES/ESIME-CUL/2012/029/12. Proyecto: Diseño y simulación de equipos de proceso para la fabricación de cerveza artesanal en México. PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO PRESENTAN: C. Elpidio Lima Torres. C. René Meza Flores. C. Jorge Carlos Osante Miranda. ASESORES: Lic. Celsa Piedad Santos Jácome. Ing. Emer Brito Brito. Firma y fecha de revisión México D.F. Febrero de 2013.

2 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN SEMINARIO DE TITULACIÓN INGENIERÍA DE LA CALIDAD Que como prueba escrita de su Examen Profesional para Obtener el Título de Ingeniero Mecánico deberán desarrollar los C.: ELPIDIO LIMA TORRES RENÉ MEZA FLORES JORGE CARLOS OSANTE MIRANDA DISEÑO Y SIMULACIÓN DE EQUIPOS DE PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL EN MÉXICO. La finalidad de este proyecto es diseñar y simular un equipo integral de proceso estandarizado, para la elaboración de cerveza artesanal, aplicando tecnología, materiales y mano de obra nacional, teniendo como uno de los objetivos obtener un equipo de dimensiones y capacidad de producción por lote requerida por los cerveceros artesanales y que contribuya a optimizar sus materias primas, energía y mano de obra, durante el proceso. Con esto se logrará una ventaja competitiva sobre los equipos de origen extranjero. Por otra parte contribuiría al crecimiento de la producción de los cerveceros artesanales, lo que se vuelve muy atractivo ya que en México hay un auge e interés en aumento por el consumo de cervezas artesanales, las cuales se caracterizan por su producción en lotes pequeños, sus aromas y sabores, producto de una gama amplia de materias primas usadas en su producción (malta, lúpulo, maíz, arroz, miel, frutas, entre otros). CAPITULADO I.- ESTADO DEL ARTE. II.- MARCO TEÓRICO III.- DESARROLLO DEL PROYECTO. IV.- PRUEBAS Y RESULTADOS. México DF a 23 de febrero de PRIMER ASESOR SEGUNDO ASESOR M. EN C. CELSA PIEDAD SANTOS JÁCOME ING. EMER BRITO BRITO Vo. Bo. M. EN C. ANTONIO ROMERO ROJANO JEFE DE LA CARRERA DE I.C.E.

3 DEDICATORIA Dedico este logro a mis padres, hermanos, hijos y compañeros de escuela, aunque un poco tarde pero con todo el amor y cariño para todos los que me impulsaron y a los que no, les demuestro que mientras haya vida es posible salir adelante con la ayuda de los maestros y que sea para bien de la humanidad. Elpidio Lima Torres.

4 AGRADECIMIENTOS A mis padres: Por su gran generosidad; me dieron la vida, cuidados, amor, valores, educación y todo lo que estuvo en sus manos. A mis hermanos: adelante. Por su apoyo incondicional y sus palabras de aliento para siempre ir hacia A mi esposa y a mis hijas: Por su cariño, apoyo, aliento y confianza en mí, siendo mi motivación para culminar por fin mi educación con la obtención del título. René Meza Flores.

5 AGRADECIMIENTOS A mis padres, hermanos y tío, que siempre me apoyaron y creyeron en mí, a mis profesores, amigos y compañeros por su amistad y aportación, a mi esposa por su gran amor y a mis hijos mi gran inspiración y a quienes dedico este legado. Jorge Carlos Osante Miranda

6 Índice temático. Título Descriptivo del Proyecto Planteamiento del problema Justificación Objetivo General Objetivos Específicos I II III IV V Capítulo 1: Estado del arte Origen de la cerveza La cerveza, fuente de alimento La cerveza en el mundo actualmente Las 10 cervezas más vendidas en el mundo Historia de la cerveza en México La cerveza en México actualmente Principales marcas de cerveza artesanal en México Las 10 mejores cervezas artesanales en México Fabricantes de equipos para cerveza artesanal Capítulo 2: Marco teórico Planeación Estratégica Fortalezas Oportunidades Debilidades Amenazas Estrategias Ventaja competitiva Conceptos básicos Materias primas Equipos básicos para la elaboración de cerveza artesanal Equipos periféricos utilizados en la elaboración de cerveza artesanal- 41

7 Capítulo 3: Diseño y simulación Decisión sobre este proyecto Estudio técnico Aplicación de normas para el diseño Dimensiones y capacidades Presión de trabajo Temperatura de trabajo Materiales utilizados en la construcción de recipientes Láminas Normas para acero inoxidable Tipos de acero inoxidable para fabricar tanques Tubería Cédulas Registro hombre Tapas Accesorios de conexión y control Cálculo de la superficie de calefacción Cálculo de espesores Aislamientos Soldabilidad Acabados superficiales en acero inoxidable Simulación de equipos de proceso para la elaboración de cerveza Capítulo 4: Plan de negocio 4.1. Nombre de la empresa, logotipo y lema Actividad productiva Objetivo Visión Misión Valores Estructura organizacional

8 4.8. Estudio de mercado Literatura Anexos Factibilidad Viabilidad Glosario Índice de Figuras. Figura 1 Marcas de los 2 grandes grupos cerveceros en México II Figura 2 Equipos rudimentarios para elaboración de cerveza II Figura 3 Diferentes tipos de cerveza dependiendo de la malta y adjuntos--- III Figura 4 Sala de cocción de mosto de cerveza artesanal en Alemania III Figura 5 Elaboración de cerveza a partir de maíz Figura 6 Cervecería del siglo XV Figura 7 de la 1 a la 5, marcas de cervezas más vendidas en el mundo Figura 8 De la 6 a la 10, marcas de cervezas más vendidas en el mundo Figura 9 Compañía cervecera Porfirio Díaz Figura 10 Historia de la cerveza en México Figura 11 Asociación Cervecera Mexicana Figura 12 Micro cervecería Figura 13 Cerveza clara Figura 14 Algunas cervezas artesanales Figura 15 Tipos más representativos de cerveza Figura 16 Diagrama de proceso para la fabricación de cerveza Figura 17 Registro hombre en cuerpo Figura 18 Registro hombre en tapa superior

9 Figura 19 Diferentes tipos de tapas para recipientes Figura 20 Diferentes tipos de tapas para recipientes (continuación) Figura 21 Conformación de una tapa toriesférica Figura 22 Accesorios para conexiones rápidas tipo Clamp Figura 23 Válvula sanitaria tipo Oblea para manejo de líquidos Figura 24 Esfera de limpieza CIP Figura 25 Medidores de nivel y temperatura interna en tanques Figura 26 Manómetros con carátula con glicerina Figura 27 Paila de mezcla Figura 28 Paila de mosto Figura 29 Tanque fermentador Figura 30 Proceso de soldadura TIG Figura 31 Diferentes acabados superficiales para acero inoxidable Figura 32 Fabricación de tapas del recipiente Figura 33 Conformado y ensamble del cuerpo del recipiente Figura 34 Fabricación y ensamble de chaqueta para calentamiento Figura 35 Fabricación y ensamble de chaqueta para calentamiento Figura 36 Tanques fermentadores en proceso de acabados Figura 37 Tanque Whirlpool en proceso de soldadura y acabados Figura 38 Proceso de embarque de los equipos terminados Figura 39 Diagrama de flujo propuesto Figura 40 Empresa metal mecánica mexicana

10 I. Título Descriptivo del Proyecto Diseño y simulación de equipo de proceso para elaboración de cerveza artesanal en México. II. Planteamiento del Problema La situación en restaurantes o bares se repite en casi todas las ocasiones: al pedir al mesero la selección de cervezas, el listado siempre incluye las bebidas de los dos grandes grupos que producen la bebida en el país: Grupo Modelo y Cuauhtémoc Moctezuma, esto ocasiona que en México a pesar de ser el sexto consumidor de cerveza a nivel mundial, sólo se conocen en su mayoría los estilos de cervezas de estos grandes grupos cerveceros figura 1. Figura 1. Marcas de cerveza de los 2 grandes grupos cerveceros en México. Sin embargo, desde hace casi 10 años, pequeñas y medianas empresas han tenido el interés de crear cervezas artesanales, con aromas y sabores diferentes, destinados a un sector de la población con gustos especiales. En México, aproximadamente 500 centros de consumo comercializan cervezas de especialidad, con aproximadamente 56 marcas de origen nacional; sin embargo por cada 100,000 botellas que se consumen en todo el país, sólo 2 son artesanales (1). (1) Fuente: Francisco Rubio, CNN Expansión, 24 de noviembre de 2010.

11 Compitiendo con los grandes consorcios cerveceros de México, en el país existen las denominadas micro cervecerías, las cuales son productoras independientes de esta bebida alcohólica, captando apenas un 0.5% del mercado y sobresalen como principales productoras: Beer Factory, Minerva, Primus, Cosaco y Casta las cuales abarcan el 70% de producción de cerveza artesanal en el país. Sin embargo sus costos de producción son altos principalmente porque los equipos de proceso son rudimentarios figura 2, de mínima producción o porque son equipos de importación principalmente europeos. Lo que los hace poco alcanzables a la mayoría de los productores de cerveza artesanal. Este es de los principales factores que inciden en el precio de una cerveza artesanal que en promedio es 30% superior al de una de fabricación masiva así como el lento desarrollo de productores artesanales o restauranteros para fabricar sus cervezas propias. (1) Figura 2. Equipos rudimentarios para elaboración de cerveza. (1) Fuente: Francisco Rubio, CNN Expansión, 24 de noviembre de 2010.

12 III. Justificación: En este proyecto lo importante es sentar las bases técnicas, para la fabricación de un equipo integral de proceso estandarizado, para la elaboración de cerveza artesanal, a partir de la utilización de materiales, tecnología y mano de obra nacionales, para lograr con esto la reducción del costo que actualmente tienen estos equipos en el mercado, ya que al ser de origen y fabricación extranjeros los trámites e impuestos, así como el tipo de cambio del peso con respecto al dólar incrementan considerablemente el precio final de adquisición y se vuelven inaccesibles para la mayoría de los pequeños fabricantes o dueños de pequeños negocios que pueden ser centros de consumo local y aprovechando que actualmente en nuestro país ha crecido considerablemente el interés por el consumo y por la fabricación de cervezas con características diferenciadas. Por lo que optan por el uso de equipos muy rudimentarios y la mayoría de las veces improvisados, afectando negativamente en la mayoría de los casos la calidad de la cerveza obtenida y por ende la percepción de la cerveza artesanal ante el cliente o bien simplemente se limitan a expender las marcas de cerveza industrializada disponibles y con ello limitan las opciones para el consumidor y sus propias opciones de negocio. A continuación citamos los pasos de Proceso de Fabricación de Cerveza en donde intervendrán los equipos diseñados para el cocimiento. El primer paso es el malteo de la cebada, esto consiste en humedecer el grano bajo temperatura y humedad controlada, y ante la aparición de la germinación se lo seca logrando la solubilización del almidón a la vez que también se procede a su tostado, añadiéndole ese aroma y color característico.

13 Una vez obtenida la malta se procede a su molienda y posterior encuentro con el agua, este proceso que mezcla el agua y la malta molida revolviéndola permanentemente a la vez que es sometida a determinadas temperaturas se llama maceración. Lograda la maceración se filtra la mezcla para obtener un líquido, rico en azúcares y almidones. Este líquido es llevado a una cocción que dura más de dos horas y durante este paso se le agrega el lúpulo, el cual le dará a la cerveza ese tradicional sabor amargo y un aroma especial. Una vez cocinado este líquido, al cual llamaremos mosto, se procede a su enfriamiento ya que pronto vivirá en él un organismo vivo llamado levadura. Este organismo será el encargado de procesar los azúcares del mosto transformándolos en alcohol y gas carbónico mediante un proceso fermentativo. La fermentación se lleva a cabo en dos etapas, la primera llamada fermentación primaria donde al cabo de unos 15 días se obtiene una cerveza joven, y la segunda fermentación, llamada fermentación secundaria, es la encargada de madurar la cerveza y asentar su sabor, la fermentación secundaria o maduración, lleva un período de 15 a 20 días. Como paso final, llegamos al filtrado de la cerveza y posterior almacenamiento, ya sea en barriles o en botellas, en el caso de éstas últimas, se deberá realizar un pasteurizado de la cerveza para lograr una conservación natural de hasta 6 meses, si la cerveza es almacenada en barriles, mantendrá viva su levadura y se podrá disfrutar del auténtico y verdadero sabor de la cerveza figura 3.

14 Figura 3. Diferentes tipos de cerveza dependiendo de la malta y adjuntos. A continuación mencionamos los equipos básicos, en los cuales enfocaremos nuestra línea de investigación, diseño y simulación de equipos de proceso para la fabricación de cerveza artesanal figura Preparación de los granos de malta de cebada. 2. Macerado de los granos (preparación del mosto). 3. Hervido del mosto y agregado del lúpulo. 4. Fermentación. 5. Maduración.

15 Figura 4 Sala de cocción de Mosto de Cerveza Artesanal en Alemania. IV. Objetivo General: Diseñar y simular un equipo de proceso para la fabricación de cerveza artesanal con características adecuadas a los productores nacionales y compatible con la manufactura metalmecánica local para su posterior fabricación. Buscando lograr un equipo altamente competitivo en el mercado internacional.

16 V. Objetivos Específicos: 1) Realizar un estudio de mercado con el propósito de establecer los requerimientos de los productores nacionales. 2) Diseñar el equipo de acuerdo a estas necesidades con las especificaciones técnicas aplicables. 3) Buscar en el diseño la compatibilidad con materiales y manufactura nacional. 4) Establecer con este equipo el proceso de fabricación de cerveza artesanal estandarizado y con un grado de innocuidad adecuado para garantizar la calidad de la cerveza fabricada.

17 Capítulo 1: Estado del arte. 1

18 CAPÍTULO 1 ESTADO DEL ARTE En este capítulo se presentarán los antecedentes históricos de la cerveza, desde su origen y evolución, hasta llegar a los equipos para producción de cerveza disponibles actualmente en el mercado. 1.1 Origen de la Cerveza: El proceso de elaboración de la cerveza es tan complejo que resulta sorprendente que se le ocurriese a alguien. Sin embargo, así fue y fue hace mucho tiempo. La cerveza es uno de los productos más antiguos de la civilización. Los historiadores creen que ya existía en Mesopotamia y Sumeria en el año a.c. En 1981 se encontró una tablilla de piedra que describe un tipo de cerveza elaborada en Babilonia en el a.c. En la antigüedad, los chinos también elaboraban cerveza. En la figura 5 se muestra que las civilizaciones precolombinas de América, utilizaban maíz en lugar de cebada. De manera similar, en la antigua Britania se elaboraba cerveza a base de trigo malteado antes de que los romanos introdujeran la cebada. Figura 5, Elaboración de cerveza a partir de maíz. 2

19 La materia prima principal en la elaboración de la cerveza es la cebada; se sabe que la existencia de este cereal se remonta a tiempos tan antiguos como el 3000 A.C. Como la cebada se cultiva mejor que la uva en climas fríos, los países nórdicos como Alemania o Inglaterra favorecieron la producción de cerveza frente a la del vino, y estas regiones se convirtieron en renombradas productoras de cervezas. En efecto, la producción de cerveza se tomó muy en serio, tanto allí como en el Nuevo Mundo, donde esta bebida era uno de los componentes principales de la dieta de los primeros colonos. 1.2 La cerveza, fuente de alimento. Hasta el año los ingredientes principales de la cerveza eran la cebada malteada, el agua y la levadura. Se añadía romero y tomillo para evitar que la cerveza se estropeara y para añadirle sabor. Esta cerveza era turbia y contenía muchas proteínas e hidratos de carbono, lo cual la convertía en una bebida muy nutritiva, que consumían tanto los campesinos como la nobleza. Figura 6, cervecería del siglo XV. Se cree que en el siglo XV se descubrió una nueva versión de cerveza, figura 6. Los mercaderes de Finlandia y Holanda introdujeron el lúpulo en su elaboración, lo cual le daba cierto sabor amargo. La variedad que contenía lúpulo se denominó "cerveza" y la que carecía de este ingrediente, "ale". La nueva variedad con lúpulo se hizo tan popular que a partir del siglo XVIII todas las cervezas se fabricaban con este componente. 3

20 En la Edad Media, los monjes europeos salvaguardaron el saber literario y científico, así como el arte de la elaboración de la cerveza. Ellos refinaron el proceso prácticamente hasta la perfección e institucionalizaron el uso del lúpulo por su sabor y sus propiedades como conservante. Sin embargo, hubo que esperar a Luis Pasteur para que se diera el paso final. Hasta entonces, los productores de cerveza dependían de la levadura natural que transportaba el aire para que se produjese la fermentación. Al demostrar que la levadura es un microorganismo vivo, Pasteur hizo posible el control preciso de la transformación del azúcar en alcohol La cerveza en el mundo actualmente. Hoy en día, se aplican diversas técnicas altamente perfeccionadas dependiendo del tipo de cerveza que se elabore, pero se usan esencialmente dos tipos de levadura: la Saccharomyces cervisiae y su pariente cercana, la S. carlsbergensis. La primera se describe como una levadura de "fermentación alta" ya que flota en la superficie del mosto. Se usa para elaborar cervezas más oscuras, mientras que las cervezas rubias continentales se fabrican con S.carlsbergensis, que es una levadura de fermentación baja Las 10 Cervezas más vendidas en el Mundo. La figura 7 muestra en orden de ventas las primeras 5 cervezas más vendidas en el mundo, publicación de 2011 en millones de barriles de la bebida más popular del planeta, la cerveza. 1- Cerveza Snow: producida en China y la cual vendió 50,8 millones de barriles, cerveza estilo lager, presenta un sabor más lupulado que sus competidoras en China, muchos consideran esta cerveza cómo una de las mejores de su tipo en Asia. 4

21 Figura 7, de la 1 a la 5, las marcas de cervezas más vendidas en el mundo. 2- Cerveza Bud Light: estadounidense, vendió 45,4 millones de barriles, esta cerveza es una versión baja en calorías de la cerveza matriz, la Budweiser. Tiene la misma graduación (5,0%) y según los fabricantes, mantiene todo el sabor de una buena Bud pero es mucho más ligera. 3- Cerveza Budweiser: estadounidense, vendió 38,7 millones de barriles, es una cerveza de tipo lager americana y una de las más populares de los Estados Unidos. Budweiser se hace con una gran proporción (hasta un 80%) de arroz, además de lúpulo y malta de cebada. Budweiser se produce en varias fábricas de cerveza situadas en los Estados Unidos y el resto del mundo. 4- Cerveza Corona Extra: se posiciona en el cuarto lugar con 30,4 millones de barriles. Es una cerveza tipo pilsener que nació en México actualmente llega a más de 160 países en el mundo, es muy popular por el trozo de limón en la boca de la botella. 5- Cerveza Skol: de origen danés con una venta de 29,5 millones de barriles, propiedad de la gigantesca AB InBev y la cual goza de gran éxito en Europa, Estados Unidos y también en Brasil. Es una cerveza tipo pilsen. 5

22 La figura 8 muestra en orden de ventas de la sexta a la décima cervezas más vendidas en el mundo, publicación de 2011 en millones de barriles de la bebida más popular del planeta, la cerveza. Figura 8, De la 6 a la 10, las marcas de cervezas más vendidas en el mundo. 6- Cerveza Heineken: vendió 26 millones de barriles, es una cerveza pale lager con 5,0% alcohol., elaborada por la compañía cervecera neerlandesa Heineken International. En 1886, el Dr. H. Elion descubrió la levadura tipo "A", que le da el sabor característico a esta cerveza. 7- Cerveza Coors Light: con una venta de 18,2 millones de barriles, una cerveza de estilo Lager Americana o Lager Ligera, es una de las favorita en Estados Unidos por ofrecer su sabor especial desde que se lanzó en 1978, la lata plateada llamó mucho la atención del público, el cual le otorgó el apodo La Bala de Plata. 8- Cerveza Miller Lite: con una producción de 18 millones de barriles, la cual termina de confirmar el gusto de los estadounidenses por la cerveza light. Su lúpulo le da a Miller Lite un limpio y diferenciado aroma a cerveza pilsener. 6

23 9- Cerveza Brahma: de origen brasileño de la cual AB InBev actualmente es propietaria, con unas ventas de 17,4 millones de barriles. La cerveza Brahma es de tipo Lager, aunque muy cercana a las Pilsner ya que posee un color dorado más propio de estas. Su graduación alcohólica es de 4,8 % y de carbonatación media. 10- Cerveza Asahi Super Dry: la cerveza líder del mercado japonés y que cada vez logra más presencia en Europa, con una producción de 12,3 millones de barriles. Cerveza tipo pale lager con una cantidad media de espuma, blanca y esponjosa, pero que desaparece prácticamente al instante de ser servida. Cuerpo muy ligero de color dorado, completamente transparente Historia de la cerveza, en México. Tan sólo 20 años después de la caída de Tenochtitlán, los conquistadores fundaron en la Nueva España, la primera cervecería de América. El permiso para este establecimiento cervecero fue concedido en 1542 por el emperador Carlos V a Alonso de Herrera con una condición, enviar a España un tercio de las ganancias derivadas de la comercialización de esta bebida. El desarrollo de esta producción no obtuvo un gran éxito durante sus primeros años, ya que el abuso de su consumo fue sancionado por las autoridades y existían bebidas alcohólicas prehispánicas muy arraigadas en el gusto popular. Durante la Guerra de Independencia, el gusto por la cerveza ya se había consolidado y surgieron discusiones en torno a los derechos de producirla, como los casos de los ingleses Gillons y Mairet, Miguel Ramos Arizpe y Justino Tuallion, todos reclamando el privilegio exclusivo sobre su producción. Gran parte del primer desarrollo de la industria cervecera fue creado por los inmigrantes de origen alemán. La primera productora de cerveza lager en México fue La Pila Seca, fundada en 1845 por el suizo Bernhard Bolgard en la Ciudad de México. Producía una cerveza oscura a partir de piloncillo y malta de cebada secada al sol. 7

24 El arribo de inmigrantes alemanes y la influencia del breve reinado de Maximiliano de Habsburgo a mediados del siglo XIX, ayudaron a instaurar el arte de producir cerveza. De allí resultaron dos famosas variedades de cerveza mexicana, Negra Modelo y Dos Equis Ámbar, una versión de las lagers oscuras del estilo Vienés. Aunque no son tan pesadas como las variedades inglesas, tienen más cuerpo y carácter. Esto fue seguido por la inauguración de la Cervecería Toluca por otro suizo, Agustín Marendaz en 1865, Cervecería La Cruz Blanca fue creada por el inmigrante alsaciano Emil Dercher en 1869, creando la primera cerveza lager mexicana. La red ferroviaria en México a finales del siglo XIX permitió la importación de maquinaria y malta de Estados Unidos, pero también forzó a los fabricantes mexicanos a competir contra las cervezas norteamericanas que comenzaron a ser distribuidas en masa por todo México. En 1869 en Mérida el Sr. José Ponce Solís funda la Cervecería Yucateca, la cual funcionaba con maquinaria europea y un maestro cervecero alemán. En 1889 Calixto Piazzini funda la Cervecería Piazzini en Monterrey, cuyos derechos traspasa en Estos derechos los adquiere Francisco Sada y él junto con Francisco G. Sada, José María Schnaider y José Calderón fundan la Cervecería Cuauhtémoc. En 1890 se estableció en Guadalajara la primera cervecería con un concepto empresarial, Cervecería Estrella, cuyo fundador fue Juan E. Ohrner, esta cervecería fue la segunda en lanzar una cerveza del tipo lager. En 1954 Grupo Modelo adquirió la cervecería. 8

25 En 1891 se fundó la primera cervecería industrial a gran escala en el país, la Cervecería Cuauhtémoc en Monterrey, Nuevo León. En 1954 la Cervecería Cuauhtémoc adquirió la planta cervecera de Tecate, en Baja California Norte, lanzándola a nivel nacional y convirtiéndola en la primera cerveza en lata de México y actualmente la cerveza en lata más importada en Estados Unidos. Durante el año 1899, la Gran Cervecería Yucateca empezó a producir en la ciudad de Mérida, desarrollando las cervezas Cruz Roja, Estrella y Mestiza pero se consagró en el gusto de la región con sus versiones Carta Clara y León. Tres años después, se instaló la Cervecería del Pacífico en Mazatlán, lanzando al mercado una famosa cerveza que aún es muy popular, la pilsner Pacífico. En 1894 se funda la Cervecería Guillermo Hesse y Compañía, en Orizaba, por Henry Manthey, William Hesse, Cuno Von Alten y Adolph Burhard, cuya producción inicial era de 15, 000 barriles diarios. En 1896 el nombre de la compañía cambió a Cervecería Moctezuma. En 1898 en Cuernavaca, Morelos, se funda la Compañía Cervecera Porfirio Díaz S.A. figura 9. Figura 9, Compañía cervecera Porfirio Díaz 9

26 Tras la consumación de la independencia mexicana, la cerveza de Tuallion era la más popular, nombrada del Hospicio de Pobres porque su fábrica se ubicaba sobre la calle Revillagigedo, donde había un albergue para indigentes. En 1918 ya había 36 productoras de cerveza en México. La prohibición en Estados Unidos durante la década de 1920 dio un fuerte impulso a la industria cervecera de México, ya que los norteamericanos se dirigían a los países fronterizos para adquirir y consumir alcohol. Gracias a esto, varias nuevas cervecerías abrieron en México, incluyendo la Mexicali Bremer y la Azteca Brewing Company en Baja California. En 1925, a pesar de que la predilección nacional aún se inclinaba hacia el pulque, ya había una fuerte inversión en la industria cervecera a lo largo del país, produciendo alrededor 50 mil litros al año. En 1925 Braulio Iriarte funda en la Ciudad de México la Cervecería Modelo. En 1956 Rodolfo y Víctor González fundan en Ciudad Obregón la Cervecería Mexicali de Sonora, la cual es comprada por grupo Modelo en En 1966 se fundó en Torreón la Cervecería de Torreón, adquirida por Grupo Modelo a finales de ese año. A principios de 1980, Grupo Femsa adquirió la Cervecería Cuauhtémoc y en 1985 a Cervecería Moctezuma, así es como surge la Cervecería Cuauhtémoc- Moctezuma. Han existido más cervecerías por todo el territorio nacional, como Cruz Blanca de Ciudad Juárez Chihuahua, Cervecera de la Laguna en Torreón Coahuila, Cervecería Zorrilla en San Luis Potosí. 10

27 Figura 10, Historia de la cerveza en México La cerveza en México actualmente. Hoy en día, la mayoría de las cervezas mexicanas son producidas por dos gigantes de la cerveza: Cervecería Cuauhtémoc Moctezuma con sus marcas - Tecate, Tecate light, Sol, Sol Limón y Sal, Sol Cero, Dos Equis, Carta Blanca, Superior, Indio, Bohemia 11

28 Clásica y Oscura, Carta Light, Dos Equis Ambar, Noche Buena, Kloster de barril - este gran fabricante de cerveza. Fue adquirida por su competidor holandés Heineken en Grupo Modelo ahora de la belga InBev, con una mayor parte del mercado de exportación con la cerveza Corona, Corona Light, Negra Modelo, Modelo Especial, Modelo Light y Pacífico, y sus Marcas locales como- Estrella, Montejo, Victoria, León, Barrilito y Tropical Light, y las marcas de cerveza destinada exclusivamente para el mercado interno: Victoria, Estrella, Montejo y León. Actualmente ha habido un auge de nuevas marcas de cerveza mexicana, esto debido al surgimiento de cervecerías independientes a los dos principales productores del país que decidieron crear cervezas artesanales, con aromas y sabores diferentes, destinados a un sector de la población con gustos especiales. En México, aproximadamente 500 centros de consumo comercializan cervezas de especialidad, con aproximadamente 56 marcas de origen nacional; por cada 100,000 botellas que se consumen en todo el país, sólo 2 son artesanales Principales marcas de cerveza artesanal en México. Beer Factory, Una cadena de restaurantes/micro cervecerías que invitan a degustar sus platillos y producen también su propia cerveza ubicada en Plaza Inbursa, Centro Comercial Santa Fe, Mundo E y en Insurgentes Norte en la colonia Lindavista. Elaboran cervezas artesanales exóticas afrutadas de temporada, Mediterránea, Coronel, Coyote, Santa Fe y Luna Llena. Cervecería Minerva, con restaurante propio, ubicada en la zona metropolitana de Guadalajara, Jalisco. Cucapá, Mexicali y Tijuana; otra marca cervecera proveniente del norte del país. Cuenta con 4 tipos de cerveza embotellada: Colonial, Viena, Pale Ale y Stout. 12

29 Esta cervecería también produce la cerveza Malverde, famosa por su alusión al polémico Santo de los delincuentes y narcotraficantes. Cervecería Primus, originaria del Distrito Federal, produce y embotella desde 2007 Cerveza Artesanal Tempus Clásica y Tempus Doble Malta, ganadora de medalla de Bronce otorgada por la Real Sociedad para la Agricultura (RASV) en el AIBA (Australian International Beer Awards) en el Cerveza Magna y Beer Lounge de Guadalajara, Jalisco, ambos con los siguientes estilos: Witbier, Pale Ale, Strong Ale, Brown Ale, Porter, Belgian Abbey Ale, Stout, India Pale Ale, Christmas Ale y Cerveza de Jamaica. Las cervezas de fruta coco, mango, zarzamora, fresa, arandano, maracuya y durazno se pueden degustar directamente en el Beer Lounge de Tlaquepaque. Baja Brewing. Cervecería de Los Cabos San Lucas. Ofrece Cabotella, Rasberry Lager, Cactus Wheat, Peliroja, Escorpión Negro, Peyote India Pale Ale Y Oatmeal Stout. Cervecería Calavera ofrece 8 variedades de cerveza: American Pale Ale, Witbier, Oktobeerfest (Märzenbier), Smoky Scottish Ale, Mexican Imperial Stout, Dubbel, Tripel y Barley Wine. Consorcio Cervecero de Baja California (Tijuana Beer) ofrece Tijuana Güera, Tijuana Morena y Tijuana Light. Cerveza Cosaco, una cerveza roja y una Porter elaboradas por el artesano Gustavo González se distribuye exclusivamente en barril en lugares seleccionados en la Ciudad de México. Grupo Cucapá cuenta con 7 tipos de cerveza embotellada con venta al público: Clásica, Light, Honey, Trigueña, Obscura, Chupacabras y Barley Wine. 13

30 Cervecera Mexicana opera desde Guanajuato. Son los comercializadores de Tequila Corralejo. Las cervezas que ofrecen son: Caballero Águila, Cheisy, Potro y Horus. Cervecería Mexicali ofrece Mexicali Pale Lager, Mexicali Special Dark, Trader José Dark Premium Lager, Trader José Premium Lager, Red Pig Ale y Chili Beer, la única cerveza con un chile dentro de la botella. Desde 2008 son ellos quienes maquilan Cerveza Duff en México. Sierra Madre Brewing Company. Una micro cervecería con restaurante en la ciudad de Monterrey, Nuevo León. Ofrece: Regio, Regio Light, Obispado, La Silla, El Fraile, Las Cumbres, Matacanes, Huasteca, Mirador, Huajuco, Olinala, Chapinque, Oktoberfest y Navidad. Cervecería Camarada originaria de Oaxaca, fundada en Produce y embotella 4 estilos de cerveza: Camarada Schwarzbier, Camarada Weissbier, Camarada Red Ale y Camarada Pale, siendo estas dos últimas cervezas de temporada y de producción limitada Las 10 mejores cervezas artesanales de México. Las 10 mejores cervezas artesanales de México, de acuerdo con Bastien Callens de la Belga. Minerva Colonial: es una cerveza Kolsch hecha en Guadalajara, es del mismo estilo de la Guiness, es ligera con un toque suave de cereal, fresca, con tonos a café y sabores tostados. 14

31 Baja Black: viene de los cabos, es suave con notas de maltas oscuras, cacao y caramelo quemado. Bayernbrau Weiss: es una cerveza de estilo alemán, producida en Puebla. Una weissbier, cerveza de trigo, no filtrada ni pasteurizada con medio cuerpo y toque de plátano y clavo. Tempus Albier: se fermenta en Guadalajara, también es estilo alemán, albier significa viejo. De cuerpo ligero, es suave, tiene toques de malta acaramelada. Catrina: se produce en Hidalgo, se fermenta en Guadalajara, también es estilo alemán, albier significa viejo. De cuerpo ligero, es suave, tiene toques de malta acaramelada. 15

32 7 Barrios Amber: se elabora en San Luis Potosí, muy artesanal, no filtrada, tiene un poco de cuerpo, notas de caramelo, y un toque floral, de lúpulo y de levadura. Poe: se fermenta en Guadalajara, es una brown ale, un estilo inglés, tiene cuerpo, notas suaves y de maltas tostadas, toque de cacao y lúpulo. Chupacabras: llega de Mexicali, una de las ciudades más consumidoras de cerveza en México. Es una cerveza de estilo inglés, una pale ale, pero con más lúpulo al estilo americano. Tiene cuerpo medio, un toque de caramelo y un sabor muy pronunciado a lúpulo que deja un final seco. Házmela Rusa: se fermenta en Guadalajara, es una imperial stout, de estilo inglés. Cerveza oscura con cuerpo, se produce con tres tipos distintos de chiles y cacao criollo orgánico del estado de Tabasco. Tiene toque de café y cacao. 16

33 Calavera Dubbel: se elabora en el Estado de México. De estilo belga, receta tradicional de los monasterios; la dubbel es una cerveza con cuerpo medio, suave, notas afrutadas y de caramelo, especias y levadura. Para saborear con queso, en postre o simplemente por el gusto. Calavera Ofrenda: "Es una marca que incorpora elementos mexicanos en su líquido. En esta ocasión utilizaron calaveritas de azúcar en su segunda fermentación y da notas de caramelo Entre Primus, Minerva, Cucapá, Tijuana y Beer Factory, se abarca el 70% de producción artesanal en el país. El precio de una cerveza artesanal es en promedio 30% superior al de una tradicional. Como ejemplo, la Cucapá de 750 mililitros cuesta 130 pesos. Hasta aquí se ha descrito el desarrollo histórico de la cerveza a nivel global y en México. Lo que da una clara idea de los grandes productores internacionales, nacionales y artesanales. Y a su vez los métodos de fabricación que estos han ocupado, desde los métodos y equipos más simples hasta los más sofisticados para producir la cerveza. Fuente: Gastronomía-Bebidas - Terra, 27 de julio de :11 actualizado a las 17:00. 17

34 1.5. Fabricantes de equipos para cerveza artesanal. A continuación se indican algunos de los principales fabricantes de equipos para elaboración artesanal de cerveza, la mayoría son de origen extranjero sin embargo los que se listan a continuación, ofrecen el suministro de equipos en México, por lo que es importante considerarlos. 1) CERVEZA CASERA México. Fabricante de equipo casero, promociona el concepto de fabrica cerveza en casa, provee equipos muy sencillos elaborados con materiales comerciales y económicos sin embargo no ofrece sistemas que aseguren una buena calidad de la cerveza obtenida, al no controlar los procesos críticos. (18 a 20 lts de capacidad por cocimiento) 2) ARTECERVEZA Colombia. Fabricante de plantas cerveceras, equipos para elaboración de cervezas artesanales y plantas profesionales, donde se replica una receta en el tiempo, plantas desde los 150 a los 3000 litros por batch. Fermentadores, Chillers, Intercambiadores de calor, Molinos, controladores, etc. 18

35 3) MAQUIVENTA Argentina. cervecerías. Empresa que se especializa en la instalación y mantenimiento de micro Con amplia experiencia en el ramo, así como proveedores de las marcas más prestigiadas en equipo para la fabricación de cerveza. 4) MOSSBREW CO. Inglaterra. Empresa establecida en Inglaterra, dedicada a la fabricación, distribución y venta de equipo para la fabricación de bebidas embotelladas en general, incluyendo la cerveza. 19

36 5) MACHSOURCES COMPANY China. Empresa de origen chino, especializada en la fabricación de equipos para la elaboración de cerveza a nivel artesanal, plantas medianas e industrial de gran escala, con una amplia variedad de tipos y capacidades de equipos, destacados por su precio muy competitivo, aunque no muy buena calidad en los equipos periféricos y complementarios. 20

37 6) MICROFILT INDIA PVT. LTD India. Empresa especializada en el diseño y fabricación de plantas industriales para la fabricación y procesos unitarios de bebidas alcohólicas. Con esta información recabada se concluye que hay excelentes empresas dedicadas a fabricar equipos para producción de cerveza artesanal presentes en el mercado nacional, de origen extranjero la mayoría, por lo que el enfoque de este proyecto es buscar un diseño modular y práctico con materiales y mano de obra mexicanos, de acuerdo a las necesidades de los productores de cerveza artesanal nacionales. 21

38 Capítulo 2: Marco teórico. 22

39 CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO En este capítulo se sentarán las bases para el diseño del equipo de proceso integrado para la elaboración de cerveza artesanal, utilizando diferentes herramientas de análisis y estrategias administrativas. 2.1 Planeación Estratégica: En este punto se identificarán las oportunidades, amenazas así como las fortalezas y debilidades que se consideran de acuerdo al entorno de los fabricantes de equipos de proceso para fabricar cerveza artesanal y los requerimientos de los pequeños productores de cerveza, y se establecerán las estrategias a seguir Fortalezas: F1. Conocimiento de Equipos de Proceso similares para la fabricación de cerveza. F2. Conocimiento de materiales y procesos de manufactura requeridos para los equipos. F3. Disponibilidad de información técnica y comercial. F4. El deseo y decisión de realizar este proyecto Oportunidades: O1. Amplio nicho de mercado en México (cerveceros artesanales, restauranteros, bares, etc.). O2. Precio de venta competitivo al lograr la fabricación local. O3. Amplio mercado de consumidores de cerveza artesanal en el país. (Por cultura, gastronomía, región, clima, turismo, entre otros) 23

40 O4. Los equipos existentes son de importación, su precio de venta y tiempo de entrega es alto Debilidades: D1. Que el costo final de venta sea más alto que el de marcas baratas actualmente disponibles. (China, India, Latinoamérica). D2. No se cuenta con los recursos para financiar el inicio del proyecto (compra de materiales y accesorios, pago de manufactura, infraestructura, etc.) Amenazas: A1. Fabricantes comerciales de equipos para fabricación de cerveza artesanal. A2. Bloqueo de los gigantes cerveceros para lograr un crecimiento sostenido, integrados en una asociación figura Estrategias: Figura 11, Asociación Cervecera Mexicana Investigación de los equipos para fabricación de cerveza artesanal existentes en el mercado, marcas, tipos, precios, tiempo de entrega etc. Identificación de tipos existentes de cervezas artesanales en el mercado. Identificación de requerimientos de los productores de cerveza artesanal y/o clientes potenciales, para determinar la capacidad de equipos de cocción de mosto por ejemplo la figura 12 es de una micro cervecería. 24

41 Figura 12, micro cervecería. Selección del tipo de cerveza que se fabricará con los equipos diseñados, por ejemplo figura 13, cerveza clara. Figura 13, cerveza clara Identificación y selección de equipos de proceso requeridos para la sala de cocción de mosto. Identificar especificaciones técnicas de estos equipos. Diseñar (dibujar) los equipos requeridos. Cuantificar materiales, costos de fabricación, acabados de los equipos, kit de ensamble, determinación del precio final de venta, etc. 25

42 Hay dos tipos básicos de ventaja competitiva: liderazgo en costo y diferenciación, que son los siguientes conceptos que serán de utilidad en esta investigación. En el liderazgo en costo una empresa se propone ser el productor de menor costo en su sector industrial. La empresa tiene un amplio panorama y sirve a muchos segmentos del sector industrial. Los productores de costo bajo venden clásicamente un estándar, o un producto sin adornos y colocan un énfasis considerable en la escala de madurez o en las ventajas de costo absolutas de todas las fuentes. Un líder de costo no puede ignorar las bases de la diferenciación, es decir, si su producto no se percibe como comprable o aceptable para sus compradores, un líder de costo se verá obligado a descontar los precios muy por debajo de sus competidores para lograr ventas. En una estrategia de diferenciación, una empresa busca ser única en su sector industrial junto con algunas dimensiones que son ampliamente valoradas por los compradores. Selecciona uno o más atributos que muchos compradores en un sector industrial perciben como importantes, y se pone en exclusiva a satisfacer esas necesidades. Es recompensada su exclusividad con un precio superior. LA ESTRATEGIA QUE SE APLICARÁ PARA POSICIONAR EL EQUIPO EN EL MERCADO ES LIDERAZGO EN COSTO Y DIFERENCIACIÓN Ventaja Competitiva: Orientación al cliente. Calidad superior del producto. Llegar a ser el productor de equipos de proceso para elaboración de cerveza artesanal de menor costo en México. Ofrecer un producto diferenciado en un segmento de mercado específico. 26

43 Buscar la posesión de patentes y copyright. Equipo profesional calificado Conceptos básicos. Equipos de Proceso: Es el conjunto de elementos mecánicos fabricados bajo normas y especificaciones aplicables, que se engloban para una producción de cierto producto con características homogéneas y de manera estandarizada. Cerveza: Se denomina cerveza a una bebida alcohólica, no destilada, de sabor amargo que se fabrica con granos de cebada u otros cereales cuyo almidón es fermentado en agua con levadura frecuentemente aromatizado con lúpulo, entre otras plantas. De ella se conocen múltiples variantes con una amplia gama de matices debidos a las diferentes formas de elaboración y a los ingredientes utilizados. Generalmente presenta un color ambarino con tonos que van del amarillo oro al negro pasando por los marrones rojizos. Se la considera «gaseosa» (contiene CO2 disuelto en saturación que se manifiesta en forma de burbujas a la presión ambiente) y suele estar coronada de una espuma más o menos persistente. Su aspecto puede ser cristalino o turbio. Su graduación alcohólica puede alcanzar hasta cerca de los 30 % vol., aunque principalmente se encuentra entre los 3 % y los 9 % vol. Tipos de cervezas: La cerveza se puede clasificar, según su contenido de alcohol, el modo de fermentación, de acuerdo al lugar en el que se elaboran, así como por los productos que utilizan para su producción. 27

44 De acuerdo a los ingredientes, en el mercado existen cervezas elaboradas a base de trigo, mijo y arroz, siendo la más habitual, la elaborada a partir de la fermentación de la cebada. En Japón, China y Corea, la cerveza se elabora con arroz y recibe el nombre de sake, samshu y suk respectivamente. En África se usan mijo, sorgo y otras semillas; mientras que el kvass ruso se hace con pan de centeno fermentado. De igual manera en México también existen diferentes tipos de cervezas, su diferencia radica en la variedad y mezcla de maltas y por el método de elaboración: Cerveza clara: cerveza joven que se produce con malta sin tostar. Cerveza oscura: se elabora a una temperatura más alta que la clara y se elaboran a base de malta y cebada tostadas. Cerveza campechana: Resultado de la mezcla de cebadas de diferentes tipos de tostado; su color es intermedio entre la cerveza clara y la oscura. Cerveza lager: cerveza añejada con lúpulo y se elabora en frío. Cuvées: elaborada solo en ciertas temporadas como las Navideñas. Cerveza sin alcohol: se elabora principalmente en Estados Unidos y Alemania. En este tipo de cerveza se realiza todo el proceso normal de una cerveza, pero después de que haya fermentado, los productores, remueven el alcohol con la utilización de la tecnología. Un ejemplo es la old milwaukee. 28

45 Cerveza Artesanal: Se elabora en pequeños volúmenes y generalmente se utilizan cuatro ingredientes: malta de cebada, agua, lúpulo y levadura. Se caracteriza por sus diferentes sabores, mezclas y texturas. Se puede elaborar con cualquier cereal, aunque el más utilizado es el grano de cebada malteado. Frecuentemente es aromatizado con lúpulo, que además contribuye al sabor amargo de la bebida. La mezcla de granos, su proceso de malteado y proporciones de mezcla son fundamentales en la creación del mosto, que es determinante para el tipo de cerveza que se elaborará, a esta se le añaden aditivos aromáticos y botánicos que permiten crear sabores innovadores en la figura 14 se pueden apreciar algunas de las cervezas artesanales más conocidas. Figura 14, algunas cervezas artesanales 29

46 En la tabla 1, se clasifican las principales marcas comerciales que se venden en México actualmente, de acuerdo a tres tipos principales, por su color, sabor y consistencia. PRINCIPALES TIPOS DE CERVEZAS EN MÉXICO CERVEZA CLARA O CERVEZA SEMI OSCURA O TIPO TIPO PILSENER VIENA Bohemia Chihuahua Carta Blanca Colosal Oscura Corona Extra Montejo Cruz Blanca Monterrey Estrella Dorada Nueva Quijote Flor de Moctezuma Sol High Life Victoria Kloster XX Mexicali Norteña Pacífico Clara Superior Suprema Tecate CERVEZA OSCURA O TIPO MUNICH Austriaca Estrella Extra Flor De Moctezuma Oscura Indio León Negra Negra De Barril Negra Modelo Noche Buena Pacífico Oscura Tabla 1, Principales tipos de cervezas en México. 30

47 Proceso de elaboración de cerveza: Consta de tres etapas claramente definidas, que son: cocimiento, fermentación y Reposo, las cuales dependen exclusivamente del tipo de cerveza que se piensa elaborar, debido a que según la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de materia prima tal como se muestra en la la figura 15. Esta es una de las causas principales por las cuales existen tantas variedades de cerveza. Siendo las otras el: Tipo y naturaleza de agua cervecera. Tipo y naturaleza de levadura cervecera. Tiempos y temperaturas en cocimiento. Tiempos y temperaturas en fermentación. 2.3 Materias Primas: Malta: Figura 15, tipos más representativos de cerveza Está constituida por granos de cebada germinados durante un periodo limitado de tiempo, luego desecados. Hay una variedad de estas, se usará la malta Pilsen pálida de alta calidad con el agregado de un 10% de malta de caramelo 20 31

48 que aportará un color dorado muy atractivo. Esta malta es suministrada por un proveedor externo. (Ejemplo, Cebadas y Maltas Nacionales SA de CV) Lúpulo: El lúpulo es un ingrediente insustituible en la elaboración de la cerveza, su sabor amargo agradable y su aroma suave característico, contribuye además, a su mejor conservación y a dar más permanencia y consistencia a la espuma una vez despachada la cerveza (este producto es de importación de EUA). Adjuntos (Grits): Debido a la alta fuerza diastásica (Fermento) de la malta es necesario agregar cereales no malteados a la cerveza para que su estabilidad sea buena. El uso de adjuntos produce cervezas de un color más claro con un sabor más agradable con mayor luminosidad y mejores cualidades de aceptación de enfriamiento. Agua: La cerveza se compone de un 95% de agua potable, por lo que la calidad de esta es fundamental, para lograr una cerveza con características y propiedades de acuerdo a normas de innocuidad requeridas en la industria de bebidas. Levadura: Son hongos microscópicos unicelulares que transforman los glúcidos y los aminoácidos en alcohol y CO2. Las cervezas elaboradas con levaduras flotantes (es decir, aquellas que flotan en la superficie del mosto en fermentación) reciben el nombre de tipo ale; las cervezas que se elaboran con levaduras que fermentan en el fondo de la cuba reciben el nombre de tipo lager. En el caso de las cervezas tipo lager, el hongo utilizado es el Saccharomyces-carlsbergensis. 32

49 Manejo de las materias primas: Una vez que la malta llega a la planta puede ser recolectada en un contenedor de almacenamiento, o pasar directamente a las cocinas (es la parte donde comienza a tratarse la malta), la malta es sometida a un proceso de limpieza para retener las impurezas que se encuentren mezcladas (piedras, espigas, metales, etc.). De manera similar, ocurre con los adjuntos. Adecuación de las materias primas: Una vez que las materias primas (malta y adjuntos) han sido sometidos a los tratamientos adecuados de limpieza, son molidas al grado necesario para poderlas someter a los procesos: la malta pasa luego del molido por un proceso de tamizado en el que se selecciona las partículas de acuerdo al tamaño del tamiz, la harina que atraviesa por los tamices va directamente a la olla de mezclas; los adjuntos luego de ser molidos pasan directamente a la olla de crudos. Obtención del mosto: En la olla de crudos se vierte la totalidad de grits, más un 15% de malta con relación al grits, acondicionando un volumen de agua adecuado hasta obtener una masa uniforme por medio de agitación constante. Esta masa se hace hervir por espacio de unos minutos con el fin de encrudecer el almidón para facilitar el ataque de las enzimas. Al mismo tiempo que se hierve la masa de crudos, el resto de harinas de malta está en la olla de mezclas, a una temperatura de 50 a 55º C, con una cantidad también adecuada de agua, solubilizando sus componentes valiosos (maceración). Al final se obtiene de la olla de crudos, una masa hervida y apta para ser atacada por las enzimas y en la olla de mezclas una masa de malta cuyas enzimas están listas para actuar sobre el material crudo. Los crudos a una temperatura de 98º C son bombeados a la olla de mezclas, con agitación constante, obteniéndose una temperatura de 70 a 72º C. Luego la solución completa se somete a una temperatura de unos 76º C, temperatura a la cual, la acción enzimática es 33

50 sumamente rápida y transforma la totalidad de los almidones en azúcares. Esta solución obtenida tiene muchas partículas en suspensión lo cual nos obliga a filtrarla. De la olla de mezcla pasa la masa a la olla de filtración, de la cual se obtiene, un líquido claro y azucarado llamado mosto; esta operación se conoce como primera filtración. Los materiales sólidos que quedan después de esta filtración, quedan libres de mosto, pero se encuentran saturados de sustancias solubles aún valiosas; por este motivo se vierte sobre la olla de filtración agua a una temperatura de unos 75º C, comenzando la segunda filtración. Este mosto segundo, se reúne con el mosto de la primera filtración; de esta forma se obtiene en la olla de cocción el mosto total. En esta olla, durante un período largo de ebullición, se logra la destrucción de microorganismos. Durante este proceso de cocción, se agrega el lúpulo con el propósito de suministrar las sustancias amargas y aromáticas que dan el sabor característico a la cerveza; a más de esto, el proceso busca la inactivación de enzimas para evitar degradaciones y la coagulación de ciertas sustancias nitrogenadas que pueden causar turbidez si no se toman en cuenta. Obtención de la cerveza: El mosto saliente de la olla de cocción se envía al tanque de sedimentación. En este se retienen los materiales sólidos presentes en el mosto. El mosto libre de partículas en suspensión se bombea del tanque de sedimentación al tanque de fermentación. En este trayecto se enfría el mosto, empleando un equipo de refrigeración, a una temperatura entre 5 y 10º C que es la adecuada para la fermentación alcohólica; también se procede a airear el mosto antes de agregar la levadura pero sin dejar subir la temperatura para impedir el desarrollo de agentes contaminantes. El mosto frío y aireado se recibe en los Unitanques (que realizan el proceso de fermentación y de maduración), donde se les inyecta la levadura. En estos tanques se tiene en si la transformación del mosto en cerveza, ya que las enzimas contenidas en la levadura actúan sobre algunos de los compuestos presentes en el mosto. En el tiempo de fermentación de 5 a 7 días, se realiza la 34

51 transformación fundamental de azúcar en alcohol y gas carbónico. Después de este proceso se obtiene la llamada cerveza verde, la cual es una bebida alcohólica con algo de gas carbónico; a esta cerveza le falta el afinamiento del sabor que se obtiene con la maduración. Una vez terminados los días de fermentación, la cerveza verde se bombea hacia los unitanques de maduración al mismo tiempo que se baja su temperatura hasta una lo más próxima a los 0º C. En estos tanques permanece por periodo de 3 a 4 semanas. Luego la cerveza se filtra eliminando hasta el máximo las materias insolubles, como levadura o proteínas coaguladas que puedan contener. Una vez filtrada la cerveza, viene el proceso de carbonatación que consiste en una inyección de gas carbónico cuyo contenido es el necesario para que la cerveza produzca una buena formación de espuma. La cerveza saliente de los filtros y carbonatada, se recibe en los tanques de almacenamiento. Envase: El Proyecto contempla el llenado de barriles de acero inoxidable de 30 y 60 litros, por medio de un dispositivo para envasar la cerveza a un nivel fijo dentro de los barriles en las mejores condiciones asépticas posibles, con la menor agitación para eliminar la pérdida de gas carbónico, sin aumento de temperatura y sin inyección de aire. Estos envases son previamente esterilizados, y el vaciado de la cerveza se debe mantener bien controlado contra cualquier contaminación. 2.4 Equipos básicos para la elaboración de la cerveza artesanal: Macerador: Recipiente cilíndrico vertical fabricado en acero inoxidable tipo 304, de 2 mm de espesor, 95 mm de diámetro 500 litros de capacidad cilíndrico con fondo plano para favorecer el filtrado. Con válvula mariposa de 1 de diámetro, tapa de acero inoxidable. Termómetro de acero inoxidable de ºC. La extracción del afrecho (cascara de malta) se realiza por la parte superior. Cople para colocar sensor de control, el macerador aloja en su interior al falso fondo que actúa como tamiz de 35

52 retención de granos durante el filtrado, es removible, está apoyado en el fondo de la olla por patas de 4 cm de altura. La válvula inferior se encuentra por debajo de este fondo. Por medio de recirculación del mosto se realiza luego del macerado la clarificación del mismo. Soldaduras efectuadas bajo atmósfera de gas argón, pasivadas y pulido sanitario, camisa exterior de canalización de gases, aislamiento de lana y revestimiento exterior de acero inoxidable. Falso Fondo de AISI 304 con 1 mm espesor, 950 mm de diámetro, con patas para apoyar en el fondo de la olla de macerado y manija para extracción. El perforado del mismo es redondo de 3 mm. Figura 16, Diagrama de proceso para la fabricación de cerveza 36

53 Sistema de agitación del macerador: Compuesto de agitador de bajas revoluciones (50 rpm) 0.5 HP, control electrónico de temperatura con gravado de curvas y modificación en panel de temperatura y tiempos. Permite programar 7 escalones de tiempo-temperatura. Cocedor de mosto/whirlpool: Recipiente cilíndrico vertical fabricado en acero inoxidable tipo AISI 304, de 2 mm de espesor, 950 mm de diámetro 750 litros de capacidad de forma cilíndrica pulido interior sanitario con válvula mariposa de 1 diámetro, tapa de acero inoxidable. Termómetro de acero inoxidable de ºC. Entrada y salida de Mosto tangencial para realizar el Whirlpool con bomba en el mismo tanque con válvula mariposa de 1 diámetro, soldaduras efectuadas bajo atmósfera de gas argón, pasivadas y pulido sanitario camisa exterior de canalización de gases, aislamiento de lana y revestimiento exterior de acero inoxidable. Recipiente de agua caliente: Recipiente cilíndrico vertical fabricado en acero inoxidable tipo AISI 304, de 2 mm de espesor, 950 mm de diámetro 750 litros de capacidad cilíndrico. Con válvula mariposa de 1 de diámetro, tapa de acero inoxidable, termómetro de acero inoxidable de ºC. Soldaduras efectuadas bajo atmósfera de gas argón, pasivadas y pulido sanitario. Camisa exterior de canalización de gases, aislamiento de lana y revestimiento exterior de acero inoxidable. Válvula de seguridad, llave de paso manual y solenoide de control. Tanques de fermentación: Recipiente cilíndrico cónico vertical fabricado en acero inoxidable tipo AISI 304 de 950 mm de diámetro x 1000 mm altura parte cilíndrica + cono 60º, 3 patas de acero inoxidable 304, 2 mm espesor capacidad 600 litros con tapa removible para limpieza, airlock, termómetro 0-50ºC, cople de muestreo de producto 37

54 en la parte central, válvulas mariposa de 1 de diámetro para purga de levadura y válvula de 1 de diámetro para extracción de cerveza clarificada en el cono. Fondo cónico. El fermentador trabaja a presión atmosférica liberando el CO2 por la válvula superior, airlock. El sellado de la tapa se realiza por bridado con sello de goma y el cierre de la tapa con tornillos y tuercas mariposas. La tapa bridada removible ocupa todo el diámetro superior del fermentador (950 mm) para facilitar la limpieza, con niple para conectar por clam la esfera de limpieza para sistema CIP. Soldaduras efectuadas bajo atmósfera de gas argón, pasivadas y pulido sanitario. Sistema de control de temperatura que consta de una camisa de acero inoxidable exterior por la que circula agua helada para mantener la temperatura deseada. El control de temperatura lo realiza un termostato colocado en el cuerpo del fermentador, que opera una electroválvula que habilita el ingreso de agua a la camisa. Para mejorar la eficiencia térmica, los fermentadores están aislados exteriormente con poliuretano de 5 cm y revestidos exteriormente, nuevamente con chapa de acero inoxidable para su terminación. Soldaduras efectuadas bajo atmósfera de gas argón, pasivadas y pulido sanitario. Sistema de refrigeración: El sistema de enfriamiento se completa con un banco de agua helada compuesto por un equipo de frio de 1 hp, reservorio de agua de 200 litros, bomba de circulación, control de bomba, válvula solenoide de control de agua a cada fermentador, termostato digital programable con sensor de temperatura. Molino de malta a rodillos: Molino de malta regulable, Capacidad 300 kg/hora. Compuesto por un bastidor con cajón y ruedas capacidad 120 kg de recepción de malta molida, molino a rodillos regulable, mecanismos de acople (poleas, correa), descarga de granos molidos, tolva de carga de granos de 8 kg, motor de acoplamiento de 3/4 HP 1400 rpm. 38

55 La máquina del molino (Rodillos y bastidor de Rodillos) está construido en acero al carbono con ranurado que facilita la molienda. Los rodillos de 50 mm de diámetro están montados en el bastidor sobre bujes de bronce auto lubricados. Consta de un rodillo motorizado por poleas y correa velocidad aproximada 250 rpm La regulación entre rodillos varía entre 1 a 5 mm (paso recomendado para malta 1.5 a 2 mm). La misma se realiza por medio de dos excéntricos. Enfriador de mosto: El enfriado del mosto luego del hervido se realiza en dos etapas de acuerdo al tipo de cerveza a elaborar y temperatura de inicio de fermentación. 1ª Etapa: Enfriador a contracorriente de 12 metros de longitud. Serpentín interior de acero inoxidable de ½ de diámetro y manguera plástica exterior de ¾ de diámetro, con agua de enfriamiento de ºC se logra enfriamiento de 30 ºC. 2ª Etapa: Enfriador a contracorriente de 12 metros de longitud. Serpentín interior de acero inoxidable de 1/2 pulgada y manguera plástica exterior de 3/4 de pulgada, con agua de enfriamiento del banco. Bombas de accionamiento de producto: La operación del equipo se realiza con tres bombas: A.- Bomba de interconexión hervidor/macerador: Bomba de acero inoxidable 0.3 hp, caudal 20 l/minuto, 0.5 kg de presión. Esta bomba se utiliza para pasar el agua caliente del cocedor al macerador o tanque de agua, recirculado del mosto durante el filtrado en el macerador, paso del mosto del macerador al cocedor, pasaje del mosto caliente del cocedor al circuito de enfriado y llenado de fermentadores. Opcional: Bomba de acero inoxidable, 0.5 hp, caudal 60 l/minuto, 1 kg de presión. 39

56 B.- Bomba de interconexión tanque de agua: Bomba de acero inoxidable, 0.3 hp, caudal 20 l/minuto, 0.5 kg de presión. Esta bomba se utiliza para pasar el agua caliente del tanque de agua al macerador durante el lavado de granos. Opcional: Bomba de acero inoxidable, 0.5 hp, caudal 60 l/minuto, 1 kg de presión. C.- Bomba de limpieza CIP: Bomba de acero inoxidable, 0.5 hp, caudal 60 l/minuto, 1 kg de presión. Esta bomba se utiliza para la limpieza de los fermentadores en sistema CIP y para limpiar el Whirlpool al finalizar el cocimiento. Esfera de limpieza: Para lavado de tanques por sistema CIP, Nº 28/50.Esfera de acero inoxidable con fijación por clam de 50 mm de diámetro tipo T, con perforaciones en toda su superficie. Juego de mangueras para manejo de producto: El equipo se proveerá con todas las mangueras de interconexión para operar el equipo con sus respectivos acoples rápidos. Mangueras de presión sanitarias atóxicas para el manejo de temperaturas inferiores a 80ºC. Mangueras sanitarias atóxicas para el manejo de mosto caliente apta hasta 200 ºC. Oxigenador de mosto: Compuesto de un aereador de doble boca con piedra difusora y un filtro de aire sanitario Sartorius de 0.2 micrones, 14 litros/minuto. 40

57 Llenado: A.- B.- D.- E.- F.- G.- Llenadora de contrapresión: para llenado de barriles con cerveza previamente carbonatada. Tanque premix de 450 litros de plástico con cip para realizar la mezcla con el azúcar. Enjuagador de barriles. Sanitizador manual de barriles. Torre de escurrimiento de barriles. Filtro triple con cartuchos de 5,3 y 1 micrón Equipos periféricos utilizados en la elaboración de cerveza artesanal: En general, el diseño mecánico, eléctrico y de control manual se seleccionará de acuerdo a las características y capacidades del equipo para hacer más eficiente la operación a lo largo de todo el proceso. El primer periférico es el centro de fuerza, que es donde estarán todas las fuentes de energía que son necesarias para que funcione el equipo, y está compuesta por las siguientes máquinas: Motores: Se consideran para el accionamiento de los transportadores de cangilones, bombas, ventiladores y compresores. Para los accionamientos, de preferencia, en la adquisición de motores de corriente alterna que funcionan a una velocidad constante donde su eficiencia será la máxima únicamente cuando la carga es máxima, se 41

58 acoplaran accionamientos de velocidad ajustable de corriente alterna con el propósito de variar la frecuencia de la potencia suministrada al motor con el fin de reducir la velocidad para que concuerde con la necesidad de carga. Bombas: Son del tipo axial y se emplean para transportar los diferentes fluidos conformados a lo largo del proceso. Se seleccionará la o las bombas para: Olla de crudo, olla de mezclas, olla de filtración (afrechos), olla de cocción, sedimentador, tanques de fermentación, tanques de maduración, tanques de almacenamiento y por ultimo hacia la llenadora. Se propone el empleo de bombeo controlado manualmente para su operación eficiente de presión y caudales requeridos y mantenimiento mínimo. Compresores: En su mayoría del tipo pistón, permiten el funcionamiento del sistema de aire comprimido para la inyección del aire en la fermentación y en la maduración, el sistema de enfriamiento mecánico directo de refrigeración con gas amoniaco y el transporte y llenado del gas carbónico producido en la fermentación para la conformación del producto final. El rendimiento del sistema de aire comprimido puede aumentarse mediante el uso de aire de entrada de los lugares más fríos posibles, puesto que el aire frío es más denso y requerirá menos energía para ponerlo a la presión requerida para su inyección en los tanques. Planta auxiliar generadora de energía eléctrica con motor de combustión interna de diesel: Empleada en la generación de energía eléctrica propia, en caso de emergencias tales como cortes de suministro de energía eléctrica, apagones, etc. 42

59 Capítulo 3: Diseño y simulación. 43

60 3.1 Decisión sobre este proyecto. En primera instancia, se parte de la información basada en los diversos requerimientos de los clientes o prospectos recabados en los últimos tres años en el área comercial de una empresa del ramo metalmecánico, que se ocupa en su mayoría de la fabricación de equipos y servicio de instalación para las plantas cerveceras de Grupo Modelo, donde ésta, incluso es parte del mismo grupo. Estos requerimientos se han recibido por varios medios (telefónicos, correo electrónico, ferias técnicas, exposiciones, entre otras y se enfocan en la necesidad de equipos de proceso para plantas de cerveza para producción micro, artesanal o muy reducida comparada con los equipos que en esta empresa se fabrican, que llegan a ser desde 100 Hl y hasta 1200 Hl de capacidad. Sin embargo por la naturaleza misma de esta empresa que fue creada para las necesidades del grupo, no ofrece este servicio a la competencia por sus propias políticas. El segundo factor que impulsa la idea de incursionar en este mercado Equipos de proceso para elaboración de cerveza artesanal radica en el conocimiento recabado a lo largo de más de 10 años, donde se ha adquirido el conocimiento de materiales, mano de obra, procesos de manufactura, sistemas de calidad, y apoyo en la puesta en marcha aplicables a los equipos de las plantas cerveceras de Grupo Modelo. Otro factor, es la asesoría de un maestro cervecero, un ingeniero químico y un técnico de laboratorio para control de calidad de la cerveza y sus procesos. Quienes a lo largo del mismo asesorarán al equipo de trabajo para llevar a buen término el proyecto. 44

61 3.1.2 Estudio técnico. Se analizaron los requerimientos de los productores, artesanos, bares y restaurantes, así como propietarios de establecimientos en zonas turísticas en donde sea posible venta de cerveza de barril. De ahí se determinó la capacidad o el tamaño de la planta a diseñar siendo ésta de una capacidad mínima de 500 y máxima de 1500 litros por lote de acuerdo con la tabla 2. Relación de Materia Prima necesaria para hacer Cerveza Artesanal. VOLUMEN POR COCIMIENTO 22 LITR0S VOLUMEN POR COCIMIENTO (LITROS) Materia Prima Relación MALTA 4.45 kg kg LÚPULO 0.01 kg kg LEVADURA kg kg SAL kg kg AGUA 24 lts lts AGUA MACERADOR 12 lts lts EVAPORACIÓN 4 lts lts Tabla 2, Materia prima necesaria para hacer de 500 a 1500 lt de cerveza. La obtención de las cantidades de productos por lote para los volúmenes de 500 a 1500 lts. está en base a la relación obtenida de la cantidad de ingredientes usados para obtener 22 litros de cerveza en forma artesanal. Cabe hacer notar que se tiene el respaldo tecnológico y asesoría ( knowhow ) de una planta de cerveza artesanal en expansión actualmente y quien será el primer cliente potencial. ( Micro Cervecería Azteca ), ubicada en el sur de la ciudad de México. 45

62 3.2 Aplicación de normas para el diseño. El diseño de los equipos de proceso para la elaboración de cerveza artesanal, se basa en las normas establecidas para producir y manejar bebidas alcohólicas, referidas en: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-142-SSA BIENES Y SERVICIOS. BEBIDAS ALCOHÓLICAS. ESPECIFICACIONES SANITARIAS. ETIQUETADO SANITARIO Y COMERCIAL. Que en su punto 3.3 dice lo siguiente: Para el caso de cerveza se pueden utilizar tanques metálicos diseñados apropiadamente, para este fin. Así como en el punto 3.4: Los recipientes, máquinas, aparatos y tuberías de conducción destinados a estar en contacto con los productos, sus materias primas o productos intermedios durante el proceso de elaboración serán de materiales aptos para el contacto con productos alimenticios. Y en los estándares de calidad internacionales establecidos en la norma: ISO 9001: Sistemas de Gestión de Calidad - REQUISITOS En base a los procesos establecidos para el diseño, fabricación, acabados, instalación, puesta en marcha y servicio posventa. Encaminados a satisfacer los requisitos del cliente. 46

63 En México, para el diseño y fabricación de calderas y recipientes sujetos a presión se ha adoptado el código ASME, y se deben considerar los requerimientos de seguridad indicados por la Secretaria de Trabajo y Previsión Social. El código ASME está compuesto por 12 secciones, para materiales, diseño, fabricación, inspección, pruebas, partes para el relevo de la presión (válvulas de seguridad) y certificación, en especial para el presente proyecto se utilizarán: Sección II.- Materiales. Parte B. Especificación de materiales (no ferrosos). Parte C. Especificación de varillas, electrodos y materiales de aporte para Soldaduras. Parte D. Propiedades (en el sistema inglés y métrico). Sección VIII División 1. Reglas para la construcción de Recipientes a presión. Otro código utilizado en el proyecto es el código API ESTÁNDAR 650, para el diseño y construcción de tanques soldados para almacenamiento de petróleo (atmosféricos). Para el universo de materiales se utilizan; Código ASTM, ANSI, DIN, JIS dependiendo el origen de producción de los materiales, siendo el ASTM el indicado por el código ASME. Las instalaciones de los equipos periféricos eléctricos y neumáticos se referirán a las normas respectivas (NOM, NEMA, etc.) 47

64 3.3 Dimensiones y capacidades. La capacidad de los tanques de cocimiento depende de la producción de cerveza de la planta, se tiene que tomar en cuenta la tolerancia, un tanque con capacidad de 1000 Litros de mosto final, debe contener un minino de 30% más agregado a la capacidad o sean 1150 Litros. En el tanque fermentador considérese como mínimo un incremento de volumen de un 40%. La capacidad de almacenamiento de un tanque se calcula con la siguiente ecuación: Dónde: w = Peso del producto (kg) v = Capacidad volumétrica (litros) ρ= Densidad del fluido a la mínima temperatura de almacenamiento, multiplicada por 0.9 (kg/l). En la tabla 3, se indican los volúmenes requeridos para cada tanque de acuerdo al proceso, para el caso de este proyecto, solo se considerarán los de la paila de mezcla, paila de mosto y tanque fermentador. 48

65 VOLUMENES POR CAPACIDAD VOLUMNES EN LTS POR EQUIPO COCIMIENTO LOTE LTS PAILA PAILA FERMENTA FILTRO Producto 750 MEZCLA MOSTO DOR Malta kg Lupulo kg Levadura kg Sal kg Agua enguaje mezcla lts Agua paila mezcla lts Evaporacion paila mosto lts VOLUMEN REQ. X PRODUCTOS Aumento de capacidad por proceso 30% 40% 40% 60% VOLUMEN REQUERIDO X TANQUE Tabla 3, Volumen requerido para cada tanque. Las dimensiones de cada tanque, de acuerdo a la fabricación de tapas y geometría requerida para cada equipo se resumen en las tablas 4, 5 y 6. PAILA DE MEZCLA 840 lts Requeridos Diámetro int mm Parte recta 914 mm 718 lts Volumen parte recta Tapa superior toriesfericas 103 lts Volumen tapa superior radio abombado 1000 radio esquina 76 Tapa inferior toriesfericas 103 lts Volumen tapa infeior radio abombado 1000 radio esquina 76 VOLUMEN FINAL 924 lts Tabla 4, Volumen calculado para paila de mezcla. Donde el volumen obtenido de 924 lts. es mayor al requerido de 840 lts. PAILA DE MOSTO 1479 lts Requeridos Diámetro int mm Parte recta 1219 mm 1379 lts Volumen parte recta Tapa superior toriesfericas 185 lts Volumen tapa superior radio abombado 1200 radio esquina 76 Tapa inferior toriesfericas 185 lts Volumen tapa infeior radio abombado 1200 radio esquina 76 VOLUMEN FINAL 1749 lts Tabla 5, Volumen calculado para paila de mosto. 49

66 Donde el volumen obtenido de 1749 lts. es mayor al requerido de 1479 lts. TANQUE FERMENTADOR 1472 lts Requeridos Diámetro int mm Parte recta 1219 mm 1379 lts Volumen parte recta Tapa superior toriesfericas 185 lts Volumen tapa superior radio abombado 1200 mm radio esquina 76 mm Tapa inferior toriconico lts Volumen tapa infeior angulo 60 radio esquina 76 mm VOLUMEN FINAL 1978 lts Tabla 6, Volumen calculado para tanque fermentador. Donde el volumen obtenido de 1978 lts. es mayor al requerido de 1472 lts. Los volúmenes calculados en los tres tanques son ligeramente mayores que los requeridos y correctos, ya que fueron obtenidos en base a las dimensiones geométricas, del formado de tapas y la aplicación de placas y/o láminas comerciales, y no tendría objeto acortar la parte recta o los diámetros, ya que se invertiría en mayor número de horas hombre y maquinaria para ajustar al volumen teórico que lo que representaría el ahorro de material Presión de trabajo. Existen tres diferentes maneras para efectuar el proceso de elaboración de la cerveza: A presión atmosférica, a baja presión (0.44 kg/cm ) y a alta presión ( 2.5 kg/cm ). En los tanques más modernos se utiliza el sistema de baja y alta presión, en el sistema de baja presión el mosto dulce se calienta a presión atmosférica hasta el punto de ebullición, posteriormente se presuriza la instalación aumentando la 50

67 temperatura del mosto hasta los C durante minutos y por último se despresuriza el sistema reduciéndose la temperatura del mosto Temperatura de trabajo. La cocción del mosto en los tanques se eleva a 108 C C, pudiendo llegar incluso a 113 C, se logra así una buena coagulación de proteínas y una aceptable isomerización de los ácidos amargos, de esta forma se puede reducir el tiempo de cocción hasta el rango de los minutos. El tiempo que se requiere mantener el mosto a 140 C es de solo 3 minutos, en ese tiempo se produce la precipitación proteínica, con la consiguiente eliminación del nitrógeno coagulable, el amargor respecto al sistema convencional se mantiene y los colores son más claros. Tampoco afecta a la formación de espuma. 3.4 Materiales utilizados en la construcción de recipientes. Debido a que los equipos que intervienen en el proceso de elaboración de cerveza, la cual es para consumo humano, se tiene que tomar en cuenta que los materiales para la construcción de los tanques, sean de características tales que no contaminen el producto al entrar en contacto con él, por lo que es necesario considerar las características del acero inoxidable el cual es el material más adecuado para utilizarlo en la construcción de los tanques de cocimiento de mosto. En la etapa de diseño de recipientes a presión, la selección de los materiales de construcción es de suma importancia, para lo cual, se define una secuencia lógica en la selección de éstos. Cabe hacer la aclaración que éste es un tema muy 51

68 amplio y complejo, por lo cual, la selección adecuada de los materiales a usar, dependerá de la aplicación específica de los recipientes a presión Láminas. Para la construcción del cuerpo del tanque, se utilizarán láminas de acero inoxidable, las cuales se encuentran en el mercado de distintas medidas y aleaciones, según el tipo de acero inoxidable especificado y las necesidades de cada recipiente Normas para aceros inoxidables. Los tipos de aceros inoxidables más utilizados en la industria alimenticia, y de bebidas, tienen que cumplir con normas internacionales, las cuales tienen sus equivalencias según el país en donde se aplican, en la tabla 7 se muestran las equivalencias internacionales Tipos de acero inoxidable utilizados en la construcción de tanques para fabricación de cerveza. AISI-304 / 304L ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO DEL GRUPO 18/8 (18% Cr 8% Ni). 52

69 COMPOSICIÓN QUÍMICA EQUIVALENCIAS CARBONO C 0.08% Máximo MANGANESO Mn 2.0% Máximo USA SAE/AISI ASTM 304 A240 FÓSFORO P 0.045% Máximo ALEMANIA DIN X5 Cr Ni 18-9 S AZUFRE S 0.030% Máximo SILICIO Si 0.75% Máximo CROMO Cr % NÍQUEL Ni % INGLATERRA B.S FRANCIA AFNOR Z6CN18-09 ITALIA UNI X5 Cr Ni JAPÓN JIS SUS 304 Tabla 7, Composición y equivalencias internacionales para acero 304. APLICACIONES: Debido a su excelente resistencia a la corrosión y buenas propiedades mecánicas y físicas a temperaturas altas mostradas en la tabla 8, este acero de la serie 300 cubre la más amplia gama de aplicaciones en la industria, tales como utensilios de cocina, lavaplatos, cubertería, equipos para procesar carnes, implementos quirúrgicos y hospitalarios, utensilios para alimentos y bebidas, equipos para mataderos, equipos farmacéuticos, refrigeración y tuberías, así como tanques y recipientes para procesar una amplia variedad de líquidos corrosivos. 53

70 PROPIEDADES MECÁNICAS EN ESTADO RECOCIDO Límite de fluencia 24Kg/mm2 PROPIEDADES FÍSICAS Calor especifico a 20 C 0.12 Cal7g C Resistencia última 58 Kg/mm2 Dureza Brinell 149 Conductividad térmica a 20 C Cal/cm.seg C Resistencia impacto Charpy al 14 Kg. m/cm2 Resistividad magnética a 200H eléctrica 1.02 Módulo de elasticidad Kg/mm2 Porcentaje de alargamiento en 2 55% Tabla 8, Propiedades mecánicas y físicas para acero

71 3.5 Tubería. El tubo de acero inoxidable, especial para alta presión se produce con el diámetro exterior real y el espesor de pared mínimo o promedio especificados, se puede encontrar acabado en caliente o en frío, normalmente, se designan los tubos por el calibre o número de cédula de acuerdo con la tabla 9. Tabla 9, Calibres para tubería de acero inoxidable. Según la norma ASTM A-249 y ASTM A-269 que se aplica para tubería calibrada (Tubing) de acero inoxidable austenítico con costura, siendo los más comunes 304 y 316 en grados N y L en diferentes calibres y diámetros, se utilizan para calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor y condensadores. 55

72 3.5.1 Cédulas. Desde hace más de 100 años, se designaban los tubos como estándar, extrafuerte, y doble extrafuerte. No había estipulaciones para el tubo común de pared delgada y no había espesores estándar intermedios entre las tres cédulas, las cuales cubrían límites demasiado grandes para que resultaran económicas, sin pesos intermedios. El número de cédula se obtiene aproximadamente por la siguiente fórmula No. de cédula = 1000 X P/SE, en la que P es la presión de operación en lb/plg² y S el esfuerzo permisible/pulg² y E es el factor de calidad. Tabla 10, Rangos de fabricación de tubería de acero inoxidable. Los espesores de los cuellos de las boquillas (cédulas) deberán ser determinados en base a: 56

73 a).- Presión interna. Generalmente el espesor del cuello de una boquilla calculado para soportar presión interna, resulta muy pequeño debido al diámetro tan reducido que ellas tienen en comparación con el diámetro del recipiente. b).- Tolerancia por corrosión. La corrosión es uno de los factores decisivos para seleccionar las cédulas de los cuellos de las boquillas, ya que los espesores de los cuellos de tubos de diámetro pequeño son muy reducidos y la sola corrosión puede acabar con ellos. c).- Fuerzas y momentos debidos a dilataciones térmicas en tuberías, fuerzas transmitidas por otros equipos y acciones debidas al peso propio de las tuberías. Es muy importante, al diseñar recipientes a presión, analizar los arreglos de tuberías para hacer recomendaciones a los responsables de este departamento respecto a que las tuberías no deberán transmitir grandes fuerzas y momentos a los recipientes. Cuando se trabaja con líneas de tuberías relativamente grandes en diámetro y que éstas manejan fluidos a altas temperaturas, se debe recomendar al departamento de tuberías, hacer un estudio de análisis de esfuerzos en las líneas críticas a fin de minimizar las cargas y los momentos en las boquillas de los recipientes. Este análisis de esfuerzos incluye la selección y localización adecuada de soportes para las tuberías. 3.6 Registro Hombre. Cuando se requiere tener acceso al interior de un recipiente a presión, ya sea para mantenimiento, carga o descarga de sólidos, etc., es necesario instalar en él un registro hombre. Registros en Cuerpo, tipo elíptico, sella con la presión interna del fluido, su dimensión es de 535 x 435 mm en acero inoxidable tipo 304, con pescante, acabado sanitario 2b. Presión estática 36 lb, figura

74 Registro en tapa superior, tipo redondo, sella con la presión interna del fluido, su dimensión es de 454 mm de diámetro en acero inoxidable tipo 304, con pescante, acabado sanitario 2b. Presión atmosférica, figura 18. Figura 17, Registro hombre en cuerpo. Figura 18, Registro hombre en tapa superior. 58

75 3.7 Tapas. Para cerrar recipientes cilíndricos, existen varios tipos de tapas, entre otras tenemos las siguientes: tapas planas, planas con ceja, únicamente abombadas, abombadas con ceja invertida, toriesféricas, semielípticas, semiesféricas, tapas 80-10, tapas cónicas, toricónicas, etc., como se observa en la figura 19 y 20. TIPOS DE TAPAS Figura 19, Diferentes tipos de tapas para recipientes. Para el diseño de tanques de fabricación de cerveza, la más utilizada es la tapa toriesférica, ya que gracias a sus características permite una mayor eficiencia al sector alimenticio. 59

76 ecuación: El espesor de la pared para presión interna está dado por la siguiente TIPOS DE TAPAS (CONTINUACIÓN) Figura 20, Diferentes tipos de tapas para recipientes (continuación). 60

77 Donde; P = Presión de diseño, en lb/pulg2 (kg/cm2). L = Radio de abombado en milímetros (mm). M = Factor adimensional que depende de la relación L/r. r = Radio de esquina o radio de nudillos, en milímetros (mm). S = Esfuerzo máximo permisible del material de la tapa a tensión y a la temperatura de diseño, en lb/pulg2 (kg/cm2). t = Espesor mínimo requerido en la tapa, sin corrosión, en milímetros (mm). E = Eficiencia de las soldaduras. En la figura 21 se representan las principales dimensiones requeridas para el habilitado del disco y conformado de la tapa tipo toriesférica. Figura 21, Conformación de una tapa toriesférica. 61

78 3.8 Accesorios de conexión y control. Para la entrada, salida, control y limpieza de los tanques de proceso para la elaboración de cerveza, se utilizan elementos y accesorios diseñados especialmente para esta aplicación, suministrados por fabricantes reconocidos y que cumplen con las normas aplicables de calidad, seguridad, sanidad y compatibilidad. Accesorios para conexiones rápidas tipo Clamp y roscadas, para boquillas de tanques cerveceros. Dimensiones de 1 1/2 A 2. Fabricadas en acero inoxidable tipo 304, mostradas en la figura 22. Figura 22, Accesorios para conexiones rápidas tipo Clamp. Válvulas tipo Oblea, sanitarias para manejo de fluidos. DE 1 1/2 A 2. Fabricadas en acero inoxidable tipo 304, ilustrada en la figura

79 Figura 23, Válvula sanitaria tipo Oblea para manejo de líquidos. Esferas para limpieza interior CIP de tanques de 2 diámetro. Fabricadas en acero inoxidable tipo 304, como se ilustra en la figura 24. Figura 24, Esfera de limpieza CIP. Medidores de nivel y temperatura interna de tanques, de 2 diámetro. Fabricadas en acero inoxidable tipo 304, como se ilustra en la figura

80 Figura 25, Medidores de nivel y temperatura interna en tanques. Manómetros, utilizados para comprobar que las presiones de trabajo estén dentro de los parámetros permisibles, generalmente son con carátula con glicerina con acoplamiento al tanque o a las líneas de conducción. Fabricados en acero inoxidable tipo 304, como se ilustra en la figura 26. Figura 26, Manómetros con carátula con glicerina. 64

81 3.9 Cálculo de la superficie de calefacción. Para obtener el área de calefacción necesaria para efectuar el proceso de cada equipo se debe definir la temperatura de inicio del proceso y la temperatura final a la que se quiere llegar en C, se efectúa el cálculo para cada uno de los 3 recipientes y se muestran los resultados resumidos en la tabla 11. Efectuando el cálculo para la paila de mezcla, el volumen de agua y producto a calentar parten de 24 C y se llevarán a 70 C en un tiempo de 30 minutos. La cantidad de producto a calentar es el agua mezclada con la malta por lo que tomaremos el volumen determinado previamente para el recipiente que es de lts. Para obtener la cantidad de calor sensible requerido se aplica la siguiente ecuación: Dónde: Q= Cantidad de calor necesario (kcal/hr) w= Masa del fluido a calentar (kg) Cp= Calor especifico a presión constante (Kcal/(kg* C)) = Diferencia de temperatura del fluido ( C) t= Tiempo requerido de calentamiento (h) Q = kcal/h Determinación del área de superficie de calor requerido utilizando la expresión simplificada para la transmisión de calor Q = U * A + Dónde: Q = Cantidad de calor necesario 65

82 U = Coeficiente de transmisión de calor = Temperatura media logarítmica A = área de calefacción considerada (m2) Para está aplicación se toma el valor de U= 965 correspondiente para materiales de acero inoxidable con medio de calentamiento mediante vapor saturado. Y la temperatura media logarítmica se obtiene mediante la expresión siguiente: Considerando los siguientes valores de temperatura se calcula la temperatura media logarítmica: T1 = C (vapor saturado a 2.5 kg/cm2) T2= 99.9 C (Temperatura cabio fase) t1 = 24 C (Temperatura de inicio de proceso agua+malta) t2 = 67 C (Temperatura requerida del proceso). Sustituyendo los valores se tiene: = 59 C Despejando el área de calefacción de la ecuación simplificada de transmisión de calor se obtiene la ecuación : 66

83 Sustituyendo valores en la ecuación anterior: Esta es la superficie mínima de calefacción requerida para efectuar el calentamiento del agua y se alojará en la parte recta del tanque. A esta superficie deberá sumarse todas las áreas que se requieran para los accesorios de tanque (coples, registro hombre, etc.) que se localicen sobre la parte recta del recipiente donde se colocará la chaqueta de calentamiento. El hueco para alojar el registro hombre es de m2 y la separación por fabricación de las chaquetas es de 0.194m2, sumando esto a la superficie calculada se tiene: Si se considera una superficie de m sobre la parte recta del recipiente multiplicada por el perímetro del recipiente da: La cual es mayor que el área calculada de m2 por lo que el equipo quedará como se muestra en la figura 27: 67

84 Figura 27, Paila de mezcla. De igual forma se determina para la paila de mosto y para el tanque fermentador y solo se presentará un cuadro con los cálculos para cada uno: 68

85 PAILA DE MOSTO TEMP. INICIAL PRODUCTO LTS 70 C CALENTAR 98 C MAERADO MANTENER MEZCLA POR UNA HORA MEDIO DE CALEFACCION VAPOR 2.5 Kgs/cm C TIEMPO HR CONDENSADO C CANTIDAD DE CALOR NECESARIO Q= kcal/hr Q CONSIDERAREMOS "U" = 965 kcal/(m2* C*h) TEMPERATURA MEDIA LOGARITMICA C AREA DE CALEFACCION 2.25 m2 Q m DIAMETRO TANQUE PARTE RECTA CHAQUETA 1200 MM MM EFICIENCIA CHAQUETA 85% PARTE RECTA A CONSIDERAR MM HUECO REGISTRO HOMBRE PARTE SECCIONADA CHAQUETA M2 QUE ES MAYOR A LA SUPERFICIE REQUERIDA El equipo quedará como se muestra en la figura 28: 69

86 Figura 28, Paila de mosto. Los cálculos para el tanque fermentador de la superficie de transferencia de calor quedan como sigue: 70

87 : FERMENTADOR TEMP. INICIAL PRODUCTO LTS 24 C ENFRIAR 8 C MANTENER POR DOS SEAMANAS MEDIO DE CALEFACCION SALMUERA 2.5 Kgs/cm2 2 C TIEMPO 3 HR 6 C CANTIDAD DE CALOR NECESARIO Q= kcal/hr Q CONSIDERAREMOS "U" = 488 kcal/(m2* C*h) UTILIZANDO SALMUERA TEMPERATURA MEDIA LOGARITMICA C AREA DE CALEFACCION m2 Q m DIAMETRO TANQUE PARTE RECTA CHAQUETA 1200 MM MM EFICIENCIA CHAQUETA 70% PARTE RECTA A CONSIDERAR 914 MM HUECO REGISTRO HOMBRE PARTE SECCIONADA CHAQUETA M2 QUE ES MAYOR A LA SUPERFICIE REQUERIDA 71

88 El equipo quedará como se muestra en la figura 29: Figura 29, Tanque fermentador. 72

89 3.10 Cálculo de espesores. La tabla 11, indica los datos de operación y diseño de los recipientes; paila de mezcla (macerador), paila de mosto (olla de cocimientos) y tanque fermentador, los cuales están de acuerdo al proceso seleccionado para la operación: DATOS DE OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS Presión de Diseño 2.5 kg/cm2 Presión Interna de recipiente 1.5 kg/cm2 Presión externa de recipiente 0.44 kg/cm2 Temperatura máxima de proceso 100 C Eficiencia Cuerpo/Tapas Según cálculo de espesores INSPECCIONES Y PRUEBAS Presión de prueba Hidrostática De acuerdo a Código ASME Temperatura de prueba hidrostática Determinada por Código ASME Inspección dimensional Por Inspector del cliente Inspección Visual Incluida AISLAMIENTO Aislamiento de lana mineral de 2 de espesor y densidad de 96 kg/m3. En tapa, cuerpo y fondo. CUBIERTA EXTERIOR Cubierta exterior de lámina calibre 16 en acero inoxidable tipo 304. Acabado 2B. Tabla 11, Datos de operación de los equipos. 73

90 BOQUILLAS: En la tabla 12, se indican las características para las distintas boquillas utilizadas. Cant. Tipo Clase Ø Cuello/Brida Material Servicio 1 Tubería y Cip Cal. 16 1" A.Inox-304 Cip Tanque 1 Brida 150 # 2" A.Inox-304 Descarga 2 Entrada Hombre superior Atm. 20" A.Inox.-304 Registro atmosférico 2 Boquilla 150# 1 A.Inox Boquilla 150# 1 A.Inox ½ Cople 3000# 3/4 A.Inox ¾ Cople 3000# 3/4 A.Inox-304 Entrada Vapor Salida de condensados Indicador de presión y temperatura- Venteo Cuerpo 1 Entrada Hombre en cuerpo 150# Elíptico 14 x18 A.Inox.304 Acceso interior tanque Tabla 12, Características de las boquillas utilizadas. 74

91 En la tabla 13 se observan las especificaciones para el acero de las distintas partes de los equipos, incluyendo sus acabados. ESPECIFICACIONES DE MATERIALES Tapas SA-240-T304 Cuerpo SA-240-T304 Cubierta de Aislamientos SA-240-T304 2b Refuerzos de Boquillas SA-240-T304 Cuellos de Boquillas SA-312-TP304-2b Entradas Hombre SA Bridas SA-182-F304 Soportes SA-312-TP304 Tabla 13, Especificaciones del acero de los componentes y sus acabados. Se efectúa el cálculo detallado para uno de los 3 recipientes y se presentará el resumen del cálculo de los otros dos, puesto que el procedimiento es el mismo, los datos mostrados han sido obtenidos por medio de un programa de cálculo especial para diseño de recipientes a presión, aprobado por ASME (compress). CÁLCULOS PARA PAILA DE MEZCLA, RECIPIENTE 1: Tapa superior. ASME Section VIII, Division 1, 2010 Edition, A11 Addenda Metric Component: F&D Head Material Specification: SA (II-D Metric p.86, ln. 25) Straight Flange governs MDMT Internal design pressure: P = 2.5 kg f /cm 100 C External design pressure: P e = 0.44 kg f /cm 100 C Static liquid head: 75

92 P s = 0.05 kg f /cm 2 (SG=1, H s = mm Operating head) P th = 0.1 kg f /cm 2 (SG=1, H s =1000 mm Horizontal test head) Corrosion allowance: Inner C = 0 mm Outer C = 0 mm Design MDMT = C No impact test performed Rated MDMT = -196 C Material is not normalized Material is not produced to fine grain practice PWHT is not performed Do not Optimize MDMT / Find MAWP Radiography: Category A joints - Seamless No RT Head to shell seam - None UW-11(c) Type 1 Estimated weight*: new = 28.9 kg corr = 28.9 kg Capacity*: new = liters corr = liters * includes straight flange Inner diameter = 1000 mm Crown radius L = 1000 mm Knuckle radius r = 64 mm Minimum head thickness = 3.2 mm Straight flange length L sf = 38.1 mm Nominal straight flange thickness t sf = 4.76 mm Results Summary The governing condition is external pressure. Minimum thickness per UG-16 = 1.5 mm + 0 mm = 1.5 mm Design thickness due to internal pressure (t) = 1.87 mm Design thickness due to external pressure (t e ) = 1.93 mm Maximum allowable working pressure (MAWP) = 4.32 kg f /cm 2 Maximum allowable pressure (MAP) = 4.4 kg f /cm 2 Maximum allowable external pressure (MAEP) = 1.21 kg f /cm 2 Note: Appendix 1-4 footnote 1 used to determine allowable stress. M (Corroded) = 1/4*[3 + (L / r) 1/2 ] 76

93 M = 1/4*[3 + (1,000 / 64) 1/2 ] = M (New) = 1/4*[3 + (L / r) 1/2 ] M = 1/4*[3 + (1,000 / 64) 1/2 ] = Design thickness for internal pressure, (Corroded at 100 C) Appendix 1-4(d) t = P*L*M / (2*S*E - 0.2*P) + Corrosion = 2.55*1,000* / (2*1,397.01* *2.55) + 0 = 1.87 mm The head internal pressure design thickness is 1.87 mm. Maximum allowable working pressure, (Corroded at 100 C) Appendix 1-4(d) P = 2*S*E*t / (L*M + 0.2*t) - P s = 2*1,397.01*0.85*3.2 / (1,000* *3.2) = 4.32 kg f /cm 2 The maximum allowable working pressure (MAWP) is 4.32 kg f /cm 2. Maximum allowable pressure, (New at C) Appendix 1-4(d) P = 2*S*E*t / (L*M + 0.2*t) - P s = 2*1,407.21*0.85*3.2 / (1,000* *3.2) - 0 = 4.4 kg f /cm 2 The maximum allowable pressure (MAP) is 4.4 kg f /cm 2. Design thickness for external pressure, (Corroded at 100 C) UG-33(e) Equivalent outside spherical radius (R o ) = Outside crown radius = 1,003.2 mm A = / (R o / t) = / (1,003.2 / 1.93) =

94 From Table HA-1 Metric: B = kg f /cm 2 P a = B / (R o / t) = / (1,003.2 / 1.93) = 0.44 kg f /cm 2 t = 1.93 mm + Corrosion = 1.93 mm + 0 mm = 1.93 mm Check the external pressure per UG-33(a)(1) Appendix 1-4(d) t = 1.67*P e *L*M / (2*S*E - 0.2*1.67*P e ) + Corrosion = 1.67*0.44*1,000* / (2*1,397.01*1-0.2*1.67*0.44) + 0 = 0.46 mm The head external pressure design thickness (t e ) is 1.93 mm. Maximum Allowable External Pressure, (Corroded at 100 C) UG-33(e) Equivalent outside spherical radius (R o ) = Outside crown radius = 1,003.2 mm A = / (R o / t) = / (1,003.2 / 3.2) = From Table HA-1 Metric: B = kg f /cm 2 P a = B / (R o / t) = / (1,003.2 / 3.2) = kg f /cm 2 Check the Maximum External Pressure, UG-33(a)(1) Appendix 1-4(d) P = 2*S*E*t / ((L*M + 0.2*t)*1.67) - P s2 = 2*1,397.01*1*3.2 / ((1,000* *3.2)*1.67) - 0 = 3.08 kg f /cm 2 The maximum allowable external pressure (MAEP) is 1.21 kg f /cm 2. % Forming strain - UHA-44(a)(2)(b) EF = (75*t / R f )*(1 - R f / R o ) 78

95 E = (75*4.76 / 66.38)*( / infinity) = % Envolvente. ASME Section VIII Division 1, 2010 Edition, A11 Addenda Metric Component: Cylinder Material specification: SA (II-D Metric p. 86, ln. 25) Impact test exempt per UHA-51(g)(coincident ratio = ) Internal design pressure: P = 2.5 kg/cm 100 C External design pressure: P e = 0.44 kg/cm 100 C Static liquid head: P s = 0.14 kg/cm 2 (SG = 1, H s = 1, mm,operating head) P th = 0.1 kg/cm 2 (SG = 1, H s = 1,000 mm, Horizontal test head) Corrosion allowance Inner C = 0 mm Outer C = 0 mm Design MDMT = C No impact test performed Rated MDMT = -196 C Material is not normalized Material is not produced to Fine Grain Practice PWHT is not performed Radiography: Longitudinal joint - None UW-11(c) Type 1 Top circumferential joint None UW-11(c) Type 1 - Bottom circumferential joint - None UW-11(c) Type 1 Estimated weight New = 75.8 kg corr = 75.8 kg Capacity New = liters corr = liters ID = 1,000 mm Length L c = 876 mm t = 3.42 mm Design thickness, (at 100 C) UG-27(c)(1) t = P*R / (S*E *P) + Corrosion = 2.64*500 / (1,397.01* *2.64) + 0 = 1.36 mm Maximum allowable working pressure, (at 100 C) UG-27(c)(1) 79

96 P = S*E*t / (R *t) - P s = 1,397.01*0.70*3.42 / ( *3.42) = 6.52 kg/cm 2 Maximum allowable pressure, (at C) UG-27(c)(1) P = S*E*t / (R *t) = 1,407.21*0.70*3.42 / ( *3.42) = 6.71 kg/cm 2 External Pressure, (Corroded & at 100 C) UG-28(c) L / D o = 1,066.7 / 1, = D o / t = 1, / 2.39 = From table G: A = From table HA-1 Metric: B = kg/cm 2 P a = 4*B / (3*(D o / t)) = 4* / (3*(1, / 2.39)) = 0.44 kg/cm 2 Design thickness for external pressure P a = 0.44 kg/cm 2 t a = t + Corrosion = = 2.39 mm Maximum Allowable External Pressure, (Corroded & at 100 C) UG-28(c) L / D o = 1,066.7 / 1, = D o / t = 1, / 3.42 = From table G: A = From table HA-1 Metric: B = kg/cm 2 P a = 4*B / (3*(D o / t)) = 4* / (3*(1, / 3.42)) = 1.07 kg/cm 2 % Forming strain - UHA-44(a)(2)(a) EF E = (50*t / R f )*(1 - R f / R o ) = (50*3.42 / )*( / infinity) = % External Pressure + Weight Check (Bergman, ASME paper 54-A-104) 80

97 P v = W / (2*p*R m ) + M / (p*r m 2 ) = 10*102.5 / (2*p*501.71) *0 / (p* ) = kg/cm a = P v / (P e *D o ) = 10* / (0.44*1,006.84) = n = 6 m = 1.23 / (L / D o ) 2 = 1.23 / (1,066.7 / 1,006.84) 2 = Ratio P e = (n m + m*a) / (n m) = ( *0.0073) / ( ) = Ratio P e * P e MAEP design cylinder thickness is satisfactory. External Pressure + Weight Check at Bottom Seam (Bergman, ASME paper 54- A-104) P v = W / (2*p*R m ) + M / (p*r m 2 ) = 10*-1,019.6 / (2*p*501.71) *0 / (p* ) = kg/cm a = P v / (P e *D o ) = 10* / (0.44*1,006.84) = n = 6 m = 1.23 / (L / D o ) 2 = 1.23 / (1,066.7 / 1,006.84) 2 = Ratio P e = (n m + m*a) / (n m) = ( * ) / ( ) = Ratio P e * P e MAEP design cylinder thickness is satisfactory. Design thickness = 2.39 mm The governing condition is due to external pressure. 81

98 The cylinder thickness of 3.42 mm is adequate. Thickness Required Due to Pressure + External Loads Condition Pressure P ( kg/cm 2 ) Allowable Stress Before UG-23 Stress Increase ( kg/cm 2 ) S t S c Temperature ( C) Corrosion C (mm) Location Load Req'd Thk Due to Tension (mm) Req'd Thk Due to Compression (mm) Operating, Hot & Corroded Operating, Hot & New Hot Shut Down, Corroded Hot Shut Down, New Empty, Corroded 2.5 1, , , , , Top Weight Bottom Weight Top Weight Bottom Weight Top Weight Bottom Weight Top Weight Bottom Weight Top Weight Bottom Weight 0 0 Empty, New 0 1, Vacuum , Top Weight Bottom Weight 0 0 Top Weight Bottom Weight Hot Shut Down, Corroded, Weight & Eccentric Moments Only 0 1, Top Weight Bottom Weight Tabla 14, Espesores requeridos en las piezas de acuerdo a presión y carga externa. Tapa inferior. ASME Section VIII, Division 1, 2010 Edition, A11 Addenda Metric Component: F&D Head Material Specification: SA (II-D Metric p.86, ln. 25) Straight Flange governs MDMT 82

99 Internal design pressure: P = 2.5 kg f /cm 100 C External design pressure: P e = 0.44 kg f /cm 100 C Static liquid head: P s = 0.17 kg f /cm 2 (SG=1, H s = mm Operating head) P th = 0.1 kg f /cm 2 (SG=1, H s =1000 mm Horizontal test head) Corrosion allowance: Inner C = 0 mm Outer C = 0 mm Design MDMT = - No impact test performed C Rated MDMT = -196 C Material is not normalized Material is not produced to fine grain practice PWHT is not performed Do not Optimize MDMT / Find MAWP Radiography: Category A joints - Seamless No RT Head to shell seam - None UW-11(c) Type 1 Estimated weight*: new = 28.9 kg corr = 28.9 kg Capacity*: new = liters corr = liters * includes straight flange Inner diameter = 1000 mm Crown radius L = 1000 mm Knuckle radius r = 64 mm Minimum head thickness = 3.2 mm Straight flange length L sf = 38.1 mm Nominal straight flange thickness t sf = 4.76 mm Results Summary The governing condition is internal pressure. Minimum thickness per UG-16 = 1.5 mm + 0 mm = 1.5 mm Design thickness due to internal pressure (t) = 1.95 mm Design thickness due to external pressure (t e ) = 1.93 mm Maximum allowable working pressure (MAWP) = 4.2 kg f /cm 2 Maximum allowable pressure (MAP) = 4.4 kg f /cm 2 Maximum allowable external pressure (MAEP) = 1.21 kg f /cm 2 83

100 Note: Appendix 1-4 footnote 1 used to determine allowable stress. M (Corroded) = 1/4*[3 + (L / r) 1/2 ] M = 1/4*[3 + (1,000 / 64) 1/2 ] = M (New) = 1/4*[3 + (L / r) 1/2 ] M = 1/4*[3 + (1,000 / 64) 1/2 ] = Design thickness for internal pressure, (Corroded at 100 C) Appendix 1-4(d) t = P*L*M / (2*S*E - 0.2*P) + Corrosion = 2.67*1,000* / (2*1,397.01* *2.67) + 0 = 1.95 mm The head internal pressure design thickness is 1.95 mm. Maximum allowable working pressure, (Corroded at 100 C) Appendix 1-4(d) P = 2*S*E*t / (L*M + 0.2*t) - P s = 2*1,397.01*0.85*3.2 / (1,000* *3.2) = 4.2 kg f /cm 2 The maximum allowable working pressure (MAWP) is 4.2 kg f /cm 2. Maximum allowable pressure, (New at C) Appendix 1-4(d) P = 2*S*E*t / (L*M + 0.2*t) - P s = 2*1,407.21*0.85*3.2 / (1,000* *3.2) - 0 = 4.4 kg f /cm 2 The maximum allowable pressure (MAP) is 4.4 kg f /cm 2. Design thickness for external pressure, (Corroded at 100 C) UG-33(e) Equivalent outside spherical radius (R o ) = Outside crown radius 84

101 = 1,003.2 mm A = / (R o / t) = / (1,003.2 / 1.93) = From Table HA-1 Metric: B = kg f /cm 2 P a = B / (R o / t) = / (1,003.2 / 1.93) = 0.44 kg f /cm 2 t = 1.93 mm + Corrosion = 1.93 mm + 0 mm = 1.93 mm Check the external pressure per UG-33(a)(1) Appendix 1-4(d) t = 1.67*P e *L*M / (2*S*E - 0.2*1.67*P e ) + Corrosion = 1.67*0.44*1,000* / (2*1,397.01*1-0.2*1.67*0.44) + 0 = 0.46 mm The head external pressure design thickness (t e ) is 1.93 mm. Maximum Allowable External Pressure, (Corroded at 100 C) UG-33(e) Equivalent outside spherical radius (R o ) = Outside crown radius = 1,003.2 mm A = / (R o / t) = / (1,003.2 / 3.2) = From Table HA-1 Metric: B = kg f /cm 2 P a = B / (R o / t) = / (1,003.2 / 3.2) = kg f /cm 2 Check the Maximum External Pressure, UG-33(a)(1) Appendix 1-4(d) P = 2*S*E*t / ((L*M + 0.2*t)*1.67) - P s2 = 2*1,397.01*1*3.2 / ((1,000* *3.2)*1.67) - 0 = 3.08 kg f /cm 2 85

102 The maximum allowable external pressure (MAEP) is 1.21 kg f /cm 2. % Forming strain - UHA-44(a)(2)(b) EF E = (75*t / R f )*(1 - R f / R o ) = (75*4.76 / 66.38)*( / infinity) = % Thickness Summary RESUMEN DE CÁLCULOS PARA PAILA DE MEZCLA, RECIPIENTE 1: Component Identifier Material Diameter (mm) Length (mm) Nominal t (mm) Design t (mm) Total Corrosion (mm) Joint E Load tapa superior SA ,000 ID * External Straight Flange on tapa superior SA ,000 ID External envolvente SA ,000 ID External Straight Flange on tapa inferior SA ,000 ID External tapa inferior SA ,000 ID * Internal Nominal t: Design t: Joint E: Tabla 15, Resumen de espesores recipiente 1. Vessel wall nominal thickness Required vessel thickness due to governing loading + corrosion Longitudinal seam joint efficiency * Head minimum thickness after forming Load internal: external: Wind: Seismic: Circumferential stress due to internal pressure governs External pressure governs Combined longitudinal stress of pressure + weight + wind governs Combined longitudinal stress of pressure + weight + seismic governs 86

103 RESUMEN DE CÁLCULOS PARA PAILA DE MOSTO, RECIPIENTE 2: Component Identifier Material Diameter (mm) Length (mm) Nominal t (mm) Design t (mm) Total Corrosion (mm) Joint E Load tapa superior SA ,200 ID * External Straight Flange on tapa superior SA ,200 ID External envolvente SA ,200 ID 1, External Straight Flange on tapa inferior SA ,200 ID External tapa inferior SA ,200 ID * Internal Tabla 16, Resumen de espesores recipiente 2. Nominal t: Vessel wall nominal thickness Design t: Required vessel thickness due to governing loading + corrosion Joint E: Longitudinal seam joint efficiency * Head minimum thickness after forming Load internal: Circumferential stress due to internal pressure governs external: External pressure governs Wind: Combined longitudinal stress of pressure + weight + wind governs Seismic: Combined longitudinal stress of pressure + weight + seismic governs RESUMEN DE CÁLCULOS PARA RECIPIENTE FERMENTADOR 3: Component Identifier Material Diameter (mm) Length (mm) Nominal t (mm) Design t (mm) Total Corrosion (mm) Joint E Load tapa superior SA ,200 ID * External Straight Flange on tapa superior SA ,200 ID External envolvente SA ,200 ID 1, External FONDO CONICO SA / 1,200 ID External Knuckle of FONDO CONICO SA , Internal BOQ. DESCARGA SA-312 TP304 Wld pipe 100 ID External Tabla 17, Resumen de espesores recipiente 3. 87

104 Nominal t: Vessel wall nominal thickness Design t: Required vessel thickness due to governing loading + corrosion Joint E: Longitudinal seam joint efficiency * Head minimum thickness after forming Load internal: external: Wind: Seismic: Circumferential stress due to internal pressure governs External pressure governs Combined longitudinal stress of pressure + weight + wind governs Combined longitudinal stress of pressure + weight + seismic governs Cálculo de presión de la chaqueta convencional: Paila de mezcla: El espesor de la chaqueta que está sometida a presión se localizará sobre la parte recta del recipiente y se obtiene con la expresión siguiente de acuerdo a UG-7 del código ASME ed. 1986: dónde: P = Presión de diseño (2.5 kg/cm2) R = Radio interior de la chaqueta (54 cm) S = Esfuerzo admisible del material (1174 kg/cm2) E = Eficiencia de la soldadura en la unión (de acuerdo a UW12) Corrosión = Por tratarse de acero inoxidable la consideraremos 0 88

105 Considerando utilizar un espesor comercial de lámina C-11, se tendrá un espesor de 3.11 mm el cuál es mayor en 1.46mm al requerido. Paila de mosto: P = Presión de diseño (2.5 kg/cm2) R = Radio interior de la chaqueta (64 cm) S = Esfuerzo admisible del material (1174 kg/cm2) E = Eficiencia de la soldadura en la unión (de acuerdo a UW12) Considerando utilizar un espesor comercial de lámina C-11 se tendrá un espesor de 3.11 mm el cuál es mayor en 1.16 mm al requerido. Tanque fermentador: P = Presión de diseño (2.5 kg/cm2) R = Radio interior de la chaqueta (64 cm) S = Esfuerzo admisible del material (1174 kg/cm2) E = Eficiencia de la soldadura en la unión (de acuerdo a UW12) 89

106 Considerando utilizar un espesor comercial de lámina C-11, se tendrá un espesor de 3.11 mm el cuál es mayor en 1.16 mm al requerido. El fondo cónico llevará un sector de chaqueta por lo que se considera el cálculo de espesor con la formula UG-32 B del código ASME ed dónde: P = Presión de diseño (2.5 kg/cm2) D = Diámetro mayor interior de la chaqueta (128 cm) S = Esfuerzo admisible del material (1174 kg/cm2) E = Eficiencia de la soldadura en la unión (de acuerdo a UW12) Corrosión = Por tratarse de acero inoxidable la consideraremos 0 Considerando utilizar un espesor comercial de lámina C-11, se tiene un espesor de 3.11 mm el cuál es mayor en 0.86 mm al requerido Aislamientos. El valor de un recubrimiento o forro de un tubo de vapor se mide por su capacidad para reducir las pérdidas de calor. Existen muchos aislantes para tubo, en el caso de aislamientos de tubería que conduce el vapor y agua caliente a los tanques de cocimiento de mosto existen los productos de fibra mineral en cualquiera de sus presentaciones, además de satisfacer las necesidades de ahorro directo en 90

107 el consumo de energía, reducen los costos de producción a corto plazo requeridos para el control de la temperatura y reducción de contaminantes atmosféricos emitidos hacia el medio ambiente en sistemas que operan a alta temperatura. El preformado de fibra mineral (de roca) se recomienda para aislar térmicamente tuberías y accesorios como codos, tés, bridas, válvulas de proceso, etc. que manejan vapor de alta y baja presión, condensados, refrigerantes, gases líquidos a baja temperatura como en industrias petroquímica, hoteles, químicas, alimenticias y otras. Temperaturas de Servicio de -49ºC hasta 750º C (-56ºF hasta 1382ºF). Se presenta en piezas preformadas color crema de 91 cm. (36 ) de longitud y diámetros desde 1.3 cm (1/2 ) hasta cm. (20 ) y espesores desde 2.5 cm. (1 ) hasta 10.1 cm. (4 ) y densidad de 128 kg./m³ (8lb. /ft³ ). Para acabado final sobre tanques, equipos, ductos, tuberías y accesorios en interiores o exteriores después de haberse aplicado en sistemas termo-aislantes que operen a baja o alta temperatura, para protegerlos de ácidos, agua y el sol. Se utiliza foil en rollo de recubrimiento tipo 304 y 430-2B. Después de haber sido aplicado el laminado requieren poco mantenimiento, se presenta en rollos de color plata y se surte en 1.22 ó 91 cm. de ancho (36" ó 48 ) 3.12 Soldabilidad. Proceso de soldadura TIG o GTAW. La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), es un proceso en el que se utiliza un electrodo de tungsteno (no consumible), el cual genera calor al establecer un arco eléctrico entre el electrodo y el metal base o pieza a soldar. Como en este proceso el electrodo no aporta material, se deben usar 91

108 varillas o alambres como material de aporte; usando la misma técnica que en la soldadura oxiacetilénica, de acuerdo con la tabla 18. El electrodo, el arco y el área que rodea al baño de fusión, están protegidos por una atmósfera de gas inerte, lo cual evita la formación de escoria o el uso de fundentes o Flux protectores. DESCRIPCIÓN DE LA SOLDADURA TIG La soldadura TIG, proporciona una soldadura excepcionalmente limpia y de gran calidad, ya que no produce escoria. De este modo, se elimina la posibilidad de inclusiones en el metal depositado y no necesita limpieza final. La soldadura TIG puede ser utilizada para soldar casi todo tipo de metales, pero se utiliza más para soldar aluminio, y aceros inoxidables, donde lo más importante es una buena calidad de soldadura. Principalmente, es utilizada en la unión de juntas de alta calidad en centrales nucleares, químicas, construcción aeronáutica e industrias de alimentación, ilustrada en la figura 30. VENTAJAS DEL PROCESO TIG La superficie soldada queda limpia, sin escoria, ni residuos de fundentes. Permite soldar con mayor facilidad, espesores delgados. El arco es visible y se puede soldar en cualquier posición. Hay menos posibilidad de grietas por la acción del hidrogeno en aceros susceptibles a ellas. Se pueden soldar metales no ferrosos, sin necesidad de fundentes. Hay una mejor protección de la zona de soldadura por la acción del gas. El cordón presenta buen acabado. El calor del arco es más concentrado, por lo cual hay menos distorsión y mayor facilidad de la soldadura en los metales con alta conductividad térmica. El proceso por si mismo, no produce humos ni vapores dañinos para la salud. 92

109 No produce chispas ni salpicaduras. Se pueden hacer uniones por fusión, sin material de aporte. EQUIPO BÁSICO TIG Máquina para soldar o fuente de energía (Equipo para soldadura por arco). Pistola (refrigerada por aire o por agua) con cables y mangueras. Cilindro de gas protector. Regulador de gases. Abastecimiento de agua para sopletes con refrigeración por agua. Electrodos de tungsteno. MÁQUINA PARA SOLDAR TIG La fuente de energía o equipo de soldadura por arco empleado para la soldadura TIG puede ser de corriente directa o alterna. El tipo de corriente utilizada en GTAW depende del tipo de material a soldar, normalmente la CA se emplea para soldar aluminio o magnesio y la CC se emplea para los materiales ferrosos. Los equipos para soldar con GTAW poseen características particulares, pero admiten ser utilizados para soldar por el método SMAW. Los equipos para soldadura GTAW poseen: Una unidad generadora de alta frecuencia, la cual hace que se forme el arco entre el electrodo y el material base. Gracias a este sistema no es necesario el contacto del electrodo con el metal base. El equipo posee un sistema de electroválvulas de control, que le permite controlar el accionamiento del flujo de gas y agua de forma conjunta. 93

110 Sólo algunos equipos poseen un control mediante pedal o gatillo en el soplete. GASES DE PROTECCIÓN La función principal de los gases de protección en el proceso TIG es evitar el contacto del aire del ambiente con el electrodo y el metal fundido en el momento en que se realiza la soldadura. El gas empleado también tiene influencia en la estabilidad, características y comportamiento del arco, y por consiguiente en el resultado de la soldadura. El efecto de protección del gas depende de: El flujo de gas. El tipo de soldadura. El tamaño de la cubierta de gas. La longitud del arco. La posición de la soldadura. Los gases más empleados en la soldadura TIG son el Argón, el helio o una combinación de ellos; los cuales deben tener una alta pureza (normalmente 99.99%) Figura 30, Proceso de soldadura TIG. 94

111 Tabla 18, Tipos de electrodo para soldar acero inoxidable Acabados superficiales de acero inoxidable. Acabado No. 1: Acabado resultante del proceso de laminación en caliente, recocido y decapado. Es una superficie opaca y rugosa, frecuente en espesores mayores a 2.5 mm. Se usa para aplicaciones industriales donde el brillo no es necesario. Se puede esmerilar. 95

112 Acabado 2B: Resulta del proceso de laminación en caliente, posteriormente el material se somete a un paso por cilindros brillantes (skin pass), lo cual da como resultado una superficie final brillante. Es el más usado de los acabados en frio. La superficie es medianamente reflectiva: Brilla más en los ferríticos que en los austeníticos. Acabado BA: Después de laminar en frio, las láminas se someten a un recocido en atmósfera gaseosa no oxidante (en horno de atmósfera controlada) posteriormente, se re-lamina en frio muy suavemente para lograr el acabado brillante (tipo espejo) Acabado No. 3 y No. 4: Son acabados satinados para uso general. Se obtienen mediante lijas o abrasivos de granulometría diferentes. Grano 80 a 120 para el acabado No. 3 y de 150 a 400 para el No. 4. el acabado se da generalmente a una de los dos caras que, adicionalmente, puede venir cubierta con un plastificado como el PVC o el polietileno. Torneado (SMOOTH TURNED): este acabado se le confiere de manera exclusiva a los ejes de acero inoxidable con diámetros superiores a 3/4. es el resultado de un proceso de mecanizado fino, con desprendimiento de viruta, el cual permite garantizar superficies libres de efectos exteriores, calaminas y/o zonas descarburadas. Calibrado (COLD DRAWN): es un proceso de estirado en frio o trefilación con hileros de carburos simetrizados a temperaturas y presión elevada. Aunque no garantiza total ausencia de microfisuras y/o zonas descarburadas, permite entregar superficies pulidas y secciones perfectamente circulares. Es característico de los ejes de acero inoxidable con diámetros iguales o inferiores a 3/4. 96

113 Figura 31, Diferentes acabados superficiales para acero inoxidable. 97

114 Los acabados seleccionados para estos equipos son: El material comercial se adquirirá en acabado 2B cuidando durante el proceso de fabricación con protecciones adecuadas para que no se maltraten las superficies interior y exterior, a las partes donde se aplique soldadura se les daría un acabado No. 4 con grano de lija superior a 150, una vez que el recipiente este armado. Para las partes externas del recipiente se le dará una limpieza con un medio decapante y se pasivara mediante enjuagues de agua con ph no mayor a 7. Las cubiertas de protección de aislamiento servirán de vista externa y se les dará un acabado exterior No. 4 con lija de grano superior a 150 sobre todas las superficies. Una vez terminado el equipo, se efectuará una prueba hidrostática de acuerdo a lo indicado, para cada recipiente en su caso, la cual servirá además para realizar una limpieza interior Simulación del proceso de fabricación de equipos de cerveza artesanal. En este paso es importante señalar que se documenta la simulación de este proyecto mediante fotografías generales del proceso real de fabricación de estos equipos, obtenidas en una planta especializada en equipos de gran capacidad, a la que se tuvo acceso, lo cual es de gran utilidad gráfica para apreciar los diferentes procedimientos, equipos, instalaciones y mano de obra calificada, utilizados a lo largo del proceso de fabricación, ya que para esta etapa del proyecto la fabricación de un prototipo o modelo sería incosteable por el momento. La construcción de los tanques se tiene que hacer por partes, mientras un equipo de personas se encarga de la construcción de los soportes, otro equipo 98

115 efectuará la construcción del cuerpo del tanque, la cúpula y la parte inferior por separado, otro equipo especializado para la construcción de la tubería, elabora las entradas y salidas del tanque, con el fin de asegurar un buen resultado final y para optimizar los recursos económicos y el tiempo de producción. Gran parte de las uniones de los recipientes son soldadas mediante el proceso TIG, bien para soldadura final en espesores delgados o como primera capa de soldadura para fondeo en espesores mayores a ¼ y finalizarlos mediante soldadura MIG o Proceso manual de electrodo, finalmente los tanques son recubiertos con lámina de acero, con las características y acabados según se establece en las especificaciones de fabricación. Figura 32, Fabricación de tapas del recipiente. En la figura 32 se puede observar el proceso para la fabricación de las tapas toriesféricas de los recipientes, a partir del corte de la lámina y conformado mecánico, para este caso particular son de un tanque macerador. 99

116 Figura 33, Conformado y ensamble del cuerpo del recipiente. En la figura 33 se puede observar el proceso para el conformado y ensamble del cuerpo de los recipientes, a partir de lámina de acero inoxidable y conformado mecánico. En la figura 34 se observa el proceso para la fabricación y ensamble de la chaqueta de calentamiento, por la cual habrá de circular vapor presurizado, para calentar el recipiente y su contenido por transferencia térmica. En la figura 35 se observa finalmente el revestimiento exterior del recipiente, sin embargo previo a este revestimiento de lámina de acero, se tuvo que colocar el aislante térmico especificado, para ayudar a la eficiencia térmica del equipo. En la figura 36 se puede apreciar el acabado final exterior de acuerdo con las especificaciones, de los tanques fermentadores recién terminados, los que deberán ser protegidos con una capa de pintura, para evitar daños en la superficie durante el almacenaje y envío. 100

117 Figura 34, Fabricación y ensamble de chaqueta para calentamiento. Figura 35, Fabricación y ensamble de chaqueta para calentamiento. 101

118 Figura 36, Tanques fermentadores en proceso de acabados. Figura 37, Tanque Whirlpool en proceso de soldadura y acabados. 102

119 En la figura 37 se puede apreciar el proceso de soldadura TIG aplicado a la parte externa de un tanque tipo Whirlpool de acuerdo con las especificaciones, se observa también que ya tiene el acabado superficial final. Figura 38, Proceso de embarque de los equipos terminados. En la figura 38 se observa el acomodo de los tanques para su envío al cliente, de acuerdo con las diferentes formas de cada recipiente, también se puede apreciar el gran tamaño de los mismos ya que son para una planta cervecera de nivel industrial. 103

120 Capítulo 4: Pruebas y resultados Plan de negocio. 104

121 CAPÍTULO 4 PLAN DE NEGOCIO. En la actualidad, los requerimientos de calidad y variedad en el mercado cervecero nacional, están siendo satisfechos principalmente por algunas cervezas importadas. Es por esto que se busca, ofrecer a restauranteros, cerveceros y artesanos la posibilidad de elegir y experimentar nuevos estilos de cerveza producidas en México. Es por esto que se propone fabricar equipos y maquinaria con capacidad de 500 a 1000 Litros por lote, para cervecerías artesanales, restaurantes, bares y micro cervecerías, suministrando además todos los insumos necesarios como son; las maltas, lúpulo, levaduras, así como también la asesoría técnica para cada etapa de la producción, desde una adecuada selección de la maquinaria hasta un maestro cervecero para elaborar las recetas de cada productor. Proporcionando además el entrenamiento de personal en el manejo del equipo y la elaboración de los distintos estilos de cervezas seleccionados por el cliente, finalmente se ofrecerá el servicio post-venta más amplio del mercado; por la rapidez con que se pueden suministrar las piezas de repuesto al ser de procedencia nacional y por la disponibilidad inmediata del personal técnico, todo integrado en un concepto llave en mano. En el presente capítulo se presenta un Plan de Negocio que incluye un breve análisis del estudio de mercado y estudio financiero. 105

122 4.1 Nombre de la empresa, logotipo y lema: Excelencia en equipos para cerveceros artesanales 4.2 Actividad productiva. Fabricación y comercialización de equipos para elaborar cerveza. 4.3 Objetivo. Diseñar, manufacturar y comercializar equipos para el proceso de fabricación de cerveza artesanal de acuerdo a las necesidades de los productores nacionales. Utilizando tecnología, mano de obra y materiales locales, para lograr un precio final competitivo. 4.4 Visión. Ser la empresa líder en México en la fabricación, el suministro e instalación de equipos de proceso para productores de cerveza artesanal y micro cervecerías. 4.5 Misión. Cumplir con las expectativas del cliente en cuanto al diseño, fabricación, instalación, servicio y asesoría en equipos para la fabricación de cerveza artesanal. 106

123 4.6 Valores. Servicio, porque se ofrece asistencia integral a todos nuestros clientes. Calidad, porque los equipos están diseñados para exceder las normas más exigentes de seguridad, funcionamiento y durabilidad. Confianza, porque nuestros clientes tienen la garantía de disponibilidad inmediata de repuestos y personal técnico especializado para el adecuado mantenimiento de sus equipos. 4.7 Estructura organizacional: Director General: Gerente de Ventas: Gerente Técnico: María Isabel Sierra Villaseñor. Jorge Carlos Osante Miranda. Jesús Osante Miranda. 107

124 Gerente Administrativo: Rafael Ramírez Sierra. Vendedores: René Meza Flores. Claudia González Huitron Fabricación: Camilo Rivera Rivera Raymundo Aguilera Servicio Almacén / Compras Pedro Alegría Elpidio Lima Torres/Mónica Ramírez Sierra. Distribución física de las instalaciones. Dirección. 108

125 CALLE 30 Nº 4 ( LOTE 13) COL. EL RODEO C.P IZTACALCO, D.F. Croquis de ubicación. 4.8 Estudio de mercado. En México existen más de 200 tipos de cerveza artesanal, alejados del tradicional sabor claro/obscuro de los dos gigantes grupos cerveceros y este nicho va en aumento en los últimos años, sin embargo apenas cubren el 1% del mercado total nacional. Uno de varios problemas a los que estos artesanos o pequeños 109

126 productores de cerveza que tienen la iniciativa de desarrollar su negocio, es que no existen alternativas en la industria metalmecánica nacional para abastecer los equipos de proceso para este tipo de mercado, por lo que se ven en la necesidad de acudir a equipos y servicios de origen extranjero, viéndose limitados por los tiempos de entrega largos, costos altos de compra y mantenimiento ya que todas las piezas son de importación, incluso la mano de obra calificada, limitando completamente sus posibilidades de crecimiento. Qué producto o servicio va a ofrecer la empresa? La empresa ofrecerá el diseño, manufactura, suministro, envió, instalación y servicio post venta, de equipos de proceso para fabricar cerveza artesanal en México. Qué necesidades se están cubriendo o qué problema se está solucionando? Reducir tiempos de entrega y respuesta para el suministro y mantenimiento de equipos de proceso, con dimensiones y características adecuadas a los cerveceros artesanales nacionales a un pecio competitivo, contribuyendo a la estandarización de procesos y mejora en la calidad de la cerveza fabricada. Cuál es el modelo de negocio (fuente de ingresos principal)? Ofertar equipos de proceso para la fabricación de cerveza artesanal en México, bajo un concepto llave en mano, que integra todo lo necesario para que un cliente comience a fabricar cerveza desde el momento de la puesta en marcha del equipo. 110

127 Quiénes son sus competidores y cuál es su ventaja competitiva sustentable? Competidores: Razón Social Proyectos en Fabricación de Cerveza Mossbrew Machsources Microfilt India PVY, LTD Origen Centroamérica con oficina en Cd. de México. Reino Unido China India Ventaja competitiva: La ventaja competitiva está cimentada en la fabricación nacional de los equipos, lo que permite ofrecer mejor precio, mejor tiempo de entrega y mayor rapidez en el servicio de soporte técnico y mantenimiento. Quiénes son sus clientes potenciales y cuál es su mercado objetivo? Se realizó un sondeo de mercado entre los fabricantes de cerveza artesanal, micro-cerveceros y proveedores relacionados con el negocio de la fabricación de cerveza artesanal en México, a fin de recabar sus necesidades y expectativas de una empresa productora de equipos de proceso, se anexa tabla 19, con esta información. 111

128 Contacto / Cargo / Empresa/ Localización Ing. José Minutti López / Gerente de Proyecto / Maticorp. / México D.F. Ing. David González Infante /Gerente General / ISR / García Nuevo León Ariel N. Abán /Operaciones y Proyectos / Productos de harinas y levaduras / Sureste México Flavio Landeros / Gerente / La bodega del mezcal / Oaxaca, Oaxaca Armando Ramírez / Gerente de Producción / TVK de México / Tlaxcala, México. Ing. José Luis Oyarzabal C. / Director / SYMTEC / Centro América Giro Automatización Industrial Diseño de Intercambiador es de Calor Fabricante de harinas y levaduras Bebidas Bebidas Sistemas y Maquinaria para industria Alimentaria Requerimiento Ofrece alianza para automatizar equipos de proceso (como micro cerveceras) Ofrece alianza para ingeniería de equipos de proceso de equipos para proceso (como micro cerveceras) Silos y equipos de proceso para materias primas de levaduras y proceso de cerveza. Proyecto de tanques de proceso acabado alimenticio de 500 litros cap. Para procesos de mezcal y cerveza, Interés en línea de producción de microcerveza. Interés en diseño de micro plantas cerveceras para mercado en centro américa. Ing. José Luis Maldonado Toledo / Director General / Naturalissi / Tapachula Chiapas Agua Purificada Se interesa en nuevo mercado de fabricación de cerveza como planta piloto. Cap. entre 300 a 500 lts.por lote. Ronald E. Corin / Director / Revista Bebidas / EU- México-Centro América José Álvaro Mora / Gerente / Micro cervecero / Cuernavaca Mor. Revista Bebidas. Cerveza Comenta el auge de cervezas artesanales en la región Norte y centro América. Ve buena oportunidad en desarrollar una línea de fabricación de pequeños lotes de producción. Solicita equipos cerveceros producciones de 500 a 1000 lts por lote para ampliar micro cervecera pero con diseño nacional ya que la actual es 112

129 José Juan Fernández / Gerente / AtiyaPlast. S.A. de C.V. / México D.F. Dr. José Antonio García Melo / Agricultor / Pachuca Hidalgo German Alday Ramírez / Gerente de Planeación / Refrescos Victoria / Querétaro, Querétaro Guillermo Benítez / Líder de Biotecnología / Neolpharma, S.A. de C.V. Monterrey N. León Gerardo Zepeda / Control de Calidad / Chocolates Turín / Toluca Edo. De Mex. Fernando Echeverría / Dueño/ Panadería Casanova / San Miguel de Allende Gto. Ing. Miguel Flores Sánchez / Mantenimiento y Servicios Industriales / Neza Edo de Méx. Eric A. Herrerra Lara / coordinador de proyectos estratégicos / alimentos de la granja / Xochimilco D.F. Ana Cristina Hernández y/o Eduardo Benjamín Ibarra / Gerente de Planta / Tequila Micro Cervecería Agricultor de Cebada Coca cola Querétaro Farmacéutica Chocolatera Alimenticio y de Bebidas Panadería Taller mecánico y mantenimiento Productor de alimentos y bebidas. Bebidas Tequila, 113 Argentina y sus costos de servicio son elevados y muy lentos. Requiere tanque de proceso para micro cervecerías con fabricación y tecnología nacional. Ofrece materia prima Cebada directamente para elaborar Malta. Ofrece alianza para automatizar equipos de proceso (como micro cerveceras). Ofrece alianza para incursionar en nuevos productos o mercados para micro cervecerías. Proyecto personal para apertura de restauran con micro cervecería, busca fabricante de estos equipos. Busca fabricantes de equipos fermentadores y cocimientos para emprender nuevo giro de micro cervecería en zona turística de su localidad. Iniciando con producciones de 300 a 500 lts. Por lote Ofrece alianza para dar mantenimiento a equipos de proceso en la industria (cervecera, tiene conocimientos) Busca fabricantes nacionales de tanques fermentadores y mezcladores, para nuevo proyecto de cerveza. Buscan fabricantes nacionales de equipos tequileros y cerveceros para

130 Corralejo / Pénjamo Gto. Cerveza ampliar planta y nuevos proyectos. Joaquín noriega / Gerente / Cervecería / México D.F Iván Albarrán Sánchez / Operación envasado / Cuauhtémoc Moctezuma. / Planta Toluca IBQ Francisco J. Olacheo / Consultor / I + D Cerveza / México D.F. Celestino Cazares Montiel / Auxiliar de Gerencia de Planta / Embotelladora MAYOL / Hidalgo Iván Rocha Aguirre / Director / Micro Cerveceria Azteca / México D.F Norma Jauregui / Gerente / Kekito Alimento y Bebidas / León Guanajuato Lic. Manuel Gracida / Director General / Gracida Joyas / México D.F. Cervecería Cervecería Consultor Embotelladora de Bebidas Fabricante de Cerveza de Barril Elaboración de Bebidas de Sabores Restaurante Bar Busca fabricante de equipo para Micro Cervecería de 300 lts. de capacidad por lote. Busca fabricante nacional para incursionar en proyecto personal de micro-cervecería. Ofrece alianza para consultoría de todo equipos cerveceros (Transportadores Tanques, Fermentadores) Todo lo relacionado con Cerveza Artesanal Ofrece alianza maquila para embotellar bebidas Ofrece maquila de cerveza de barril con receta propia o del cliente, además busca alianza para trabajar en conjunto con desarrollo de nuevos equipos y procesos para micro cervecería (primer cliente que requiere una planta para una producción de 500 lts. por lote. Requiere equipos para micro cervecera de 1000 lts. Capacidad por lote. Proyecto de Micro Cervecería en su restaurante busca quien se lo desarrolle. Tabla 19, Resumen de investigación de mercado. Cuál es el estado actual del desarrollo del producto? 114

131 Actualmente se tiene el diseño de todos los equipos que integran la unidad, la ingeniería básica y la ingeniería de detalle. Cuánto dinero está buscando obtener para el negocio? 1,045, pesos 00/100 MXN Cuál es la valuación de la empresa que está buscando? 1,706, pesos 00/100 MXN Cuál es la estructura actual propiedad de la empresa (activos)? 661,500 pesos 00/100 MXN, invertidos en oficinas administrativas. Cómo está(n) posicionado(s) el (los) producto(s) o servicio(s) y cuáles son los beneficios para los clientes? Como en el mercado nacional no existen proveedores de estos equipos, es sumamente atractivo para los dueños de micro cervecerías el ofrecimiento de equipos de fabricación nacional, con calidad respaldada por normas internacionales y a un precio competitivo, con el plus del mejor tiempo de entrega del mercado. 115

132 Nicho de mercado. Existen en México más de 200 productores de Cerveza artesanal, micro cervecerías que actualmente se abastecen de fabricantes extranjeros, para los servicios que ofrece la empresa que se está fundando. En México el mercado de cerveza artesanal en los últimos 10 años ha crecido de manera sostenida, actualmente se tiene el 1% del mercado nacional, pese al control de los dos grandes grupos cerveceros. Este estudio está basado en encuestas y solicitudes recabadas en exposiciones a nivel nacional, así como en visitas a productores artesanales de la Ciudad de México y el Estado de México, donde se ha corroborado la necesidad de tener equipos adecuados a las necesidades de estos productores con la calidad requerida para fabricar una buena cerveza para el consumidor final. La moda por la Cerveza Artesanal en México va en incremento según fuentes de asociaciones cerveceras, debido principalmente a la diferenciación en sabor y aromas de estas y por otra parte a la globalización de los grupos cerveceros nacionales, al pertenecer actualmente a empresas multinacionales ha hecho que el consumidor considere ahora buscar productores nacionales, como los cerveceros artesanos. Clientes concretos. Cuando sea posible, nombra clientes clave que hayan comprado ya o indicado un interés en el producto. Nuestro principal prospecto y asesor es Micro Cervecería Azteca, empresa ubicada al sur de la Cuidad de México. 116

133 Ventas Estimadas (primeros tres años). Se estima vender inicialmente 10 tanques fermentadores en un año, lo que producirá un ingreso anual de 253, USD. El segundo año se estima vender 5 equipos básicos completos, cada uno compuesto por: Un tanque macerador Un tanque cocedor Un Tanque fermentador: 18, USD 17, USD 25, USD Lo que da un total de 305, USD A partir del 3er año se estima vender tres salas de cocimiento completas con un costo total de 177, USD cada una, de acuerdo con los datos indicados en la tabla 20. Lo que nos daría un total de 531, USD. 117

134 Tabla 20, Presupuesto de sala de cocimiento. Inversión inicial (Gastos pre operativos). En la tabla 21, se muestra un desglose de la inversión inicial contemplada en la conformación de la empresa. Capital de trabajo. En la tabla 22, se muestra un desglose del capital de trabajo considerado inicialmente para un periodo de tres meses para arranque de la empresa. 118

135 Concepto $ Concepto $ Compra de insumos Oficina/Local Herramienta Computadora Instalaciones Eléctricas Centro de Trabajo Fax/copiadora/imp Inst. Hidráulicas Papelería Maquinaria Herramientas Ventanas Equipo de Oficina Pintura Racks Cisterna Exibidores Loza p/tinaco y gas Protección Ventanas Software Contrato Teléfono TOTAL TOTAL Tabla 21, Inversión inicial. 119

136 CONCEPTO MONTO MENSUAL A TRES MESES RENTA $ $ INTERNET/TELÉFONO $ $ LUZ $ $ AGUA $ $ NÓMINA $ $ GASTOS DE OPERACIÓN $ $ MATERIA PRIMA $ $ TOTAL $ $ Tabla 22, Capital de trabajo. Resumen de requerimientos de inversión. En la tablas 23 se muestra el resumen de los requerimientos de inversión proyectados para la empresa. CAPITAL REQUERIDO INVERSIÓN REQUERIDA CAPITAL DISPONIBLE CAPITAL REQUERIDO = = CAPITAL REQUERIDO = $

137 INVERSIÓN REQUERIDA INVERSION INICIAL + CAPITAL DE TRABAJO INVERSIÓN REQUERIDA = INVERSIÓN REQUERIDA = $ 1, Tabla 23, Requerimientos de inversión. 4.9 Diagrama de flujo. A continuación se representa el flujo previsto para organizar el proceso funcional de la empresa, a partir de este diagrama se documentará todo el manual de procedimientos en su momento, figura

138 Figura 39, Diagrama de flujo propuesto. 122